WO2023148078A1 - System zum drahtlosen übertragen von energie - Google Patents

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WO2023148078A1
WO2023148078A1 PCT/EP2023/051920 EP2023051920W WO2023148078A1 WO 2023148078 A1 WO2023148078 A1 WO 2023148078A1 EP 2023051920 W EP2023051920 W EP 2023051920W WO 2023148078 A1 WO2023148078 A1 WO 2023148078A1
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WO
WIPO (PCT)
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electrical consumer
usable area
electrical
displacement sensor
shifted
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/051920
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English (en)
French (fr)
Inventor
Mathias Bellm
Christian Egenter
Max-Felix Müller
Ulrich WÄCHTER
Original Assignee
E.G.O. Elektro-Gerätebau GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by E.G.O. Elektro-Gerätebau GmbH filed Critical E.G.O. Elektro-Gerätebau GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/90—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving detection or optimisation of position, e.g. alignment
    • H04B5/73—
    • H04B5/77—
    • H04B5/79—

Definitions

  • the object of the invention is to provide a system with a device for the wireless transmission of energy in the direction of an electrical consumer by means of inductive coupling and an electrical consumer that is as reliable as possible.
  • the system has a device for the wireless transmission of energy in the direction of an electrical consumer by means of inductive coupling, also referred to as wireless power transfer, WPT.
  • WPT wireless power transfer
  • the system is preferably operated according to the WPC (Wireless Power Consortium) Ki (Cordless Kitchen) standard.
  • the device for the wireless transmission of energy in the direction of the electrical consumer by means of inductive coupling can also be referred to as a transmitter and the electrical consumer can be referred to as a receiver.
  • the device typically has a conventional transmitter coil for generating an alternating magnetic field.
  • the system also has an electrical consumer, in particular in the form of a Ki-enabled kitchen appliance, which is supplied with operating energy wirelessly by means of the device.
  • the electrical load typically has a receiver coil in which a voltage is induced due to the alternating magnetic field generated by the transmitter coil, which voltage is used to supply the electrical load.
  • the transmitter coil and the receiver coil are magnetically coupled.
  • relevant standards in particular the Ki standard.
  • the system also has a set-up area or set-up plate on which the electrical consumer is to be set up as intended for operating the system.
  • the installation surface can, for example, be part of an induction hob with one or more induction hobs.
  • the installation surface can be, for example, a predetermined and/or optically marked area on a glass ceramic plate of an induction cooktop.
  • the induction hob is supplemented in such a way that at least one hotplate also has a Ki function (ie a so-called transmitter function) in addition to the conventional induction function.
  • the electrical consumer in the form of a Ki-enabled kitchen appliance for example, can then be operated wirelessly on this cooking area.
  • the system also has a usable surface or worktop adjoining the installation area, for example in the form of a conventional worktop, which adjoins the installation area in the form of a glass ceramic plate, for example on exactly one side.
  • the system also has a displacement sensor, which is intended to determine whether the electrical load has been displaced beyond a critical dimension in the direction of the usable area or not.
  • the critical dimension can be defined, for example, in such a way that when the electrical consumer moves beyond the critical dimension, the electrical consumer at least partially covers the usable area.
  • the system further includes a control unit, coupled to the displacement sensor, configured to limit or interrupt the transfer of energy toward the electrical load when the electrical load is displaced beyond the critical amount toward the floor space.
  • the device has a radio frequency identification (RFID) reader.
  • RFID radio frequency identification
  • the displacement sensor has a passive RFID transponder, the RFID transponder being positioned and designed in such a way that data transmission between the RFID reader and the RFID transponder of the displacement sensor is only possible when the electrical consumer is displaced beyond the critical dimension in the direction of the usable area, with the control unit being designed to check whether data transmission between the RFID reader and the RFID transponder of the displacement sensor is possible or not, in order to determine whether the electrical consumer is shifted beyond the critical dimension in the direction of the usable area or not.
  • the electrical consumer has an, in particular passive, RFID transponder
  • the displacement sensor has an RFID suction circuit
  • the RFID suction circuit being positioned and designed in such a way that data transmission between the RFID reader and the RFID transponder of the electrical consumer is no longer possible when the electrical consumer is moved beyond the critical level in the direction of the usable area
  • the control unit is designed to check whether the data transmission between the RFID reader and the RFID transponder of the electrical consumer is possible or not, in order to determine whether the electrical consumer has been displaced beyond the critical dimension in the direction of the usable area or not.
  • the displacement sensor has a magnetic field sensor which is designed to detect an alternating magnetic field generated by the device, with the control unit being designed to check whether the alternating magnetic field is detected or not in order to determine whether the electrical consumer is shifted beyond the critical dimension in the direction of the usable area or not.
  • the magnetic field sensor is positioned and configured such that it is magnetically coupled to the device via the electrical load when the electrical load is displaced beyond the critical dimension in the direction of the useful area, and that it is not magnetically coupled to the device , if the electrical consumer is not shifted beyond the critical dimension in the direction of the usable area.
  • the magnetic field sensor has a conductor loop and a temperature-dependent resistor coupled to the conductor loop, for example an NTC, with the control unit being designed to evaluate a resistance value of the temperature-dependent resistor in order to determine whether the electrical load is connected via the critical dimension is shifted in the direction of the usable area or not.
  • the installation area has a temperature resistance of greater than 200° Celsius, in particular greater than 250° Celsius, and the usable area has a temperature resistance of up to a maximum of 200° Celsius.
  • Ki is an evolving standard being defined and developed by the Wireless Power Consortium (WPC). Ki is based on inductive energy transmission and is designed to wirelessly supply small household appliances and smart cookware with outputs of up to 2.2 kW.
  • WPC Wireless Power Consortium
  • metallic, preferably ferritic objects are heated by the induction field due to the alternating magnetic fields.
  • other metallic objects that should remain cold can also be heated.
  • Objects such as knives, forks or baking sheets lying on the induction hob can be undesirably heated by the induction hob. There is a risk of burns to the user, so such objects must be detected and not heated.
  • the installation area has a temperature-resistant surface, for example for roasting, grilling or deep-frying, i.e. a user can injure himself by touching a hot FO or the housing of the receiver, which is typically designed with flame retardants, can melt and emit odors, but the installation area itself can however, will not self-ignite from a hot FO.
  • a temperature-resistant surface for example for roasting, grilling or deep-frying, i.e. a user can injure himself by touching a hot FO or the housing of the receiver, which is typically designed with flame retardants, can melt and emit odors, but the installation area itself can however, will not self-ignite from a hot FO.
  • the Ki specification allows electrical consumers or receivers with a significantly larger diameter, for example 23.5 cm, than the preferred diameter of the transmitter coil, for example 15 to 18 cm. Furthermore, a displacement between transmitter and receiver of up to 4 cm should be made possible, i.e. a large receiver with permitted displacement can protrude several centimeters (maximum 10.75 cm) over the edge of the transmitter coil during operation.
  • the invention makes it possible to detect a displacement of the electrical load or receiver in the direction of the usable area beyond a critical level, which, if exceeded, could cause a FO placed on the usable area under the electrical consumer to be critically heated. If such a critical shift is detected, the power supply is throttled to an uncritical level or switched off completely.
  • a magnetically induced FO positioned under the receiver can become so hot that it can damage or even ignite the surface of the usable area.
  • a displacement of the receiver beyond the edge of the temperature-resistant installation surface is detected, so that either the start of energy transmission is prevented or energy transmission is interrupted after a short time before the FO can reach critical temperatures.
  • the displacement sensor is not operatively connected or coupled to the device or its transmitter coil, in particular magnetically, by means of the electrical load or its receiver coil.
  • the displacement sensor is operatively connected or coupled to the device or its transmitter coil by means of the electrical consumer or its receiver coil, which is evaluated according to the invention for detecting overlap .
  • the displacement sensor can have a near field communication (NFC) tag, for example, which is only recognized by the transmitter when it is coupled via the displaced receiver. As soon as its NFC address becomes visible, Ki operation is discontinued.
  • NFC tag can be placed inside or outside a frame of the installation area or even inside an adhesive that is used to fix the frame to the usable area. With a ferrite foil, the NFC field can be directed in such a way that the NFC tag is not recognized if the receiver is not moved.
  • the displacement sensor can also have an NFC absorption circuit, which dampens an NFC signal to such an extent that NFC communication between receiver and transmitter is not possible. Then the Ki operation can also be aborted.
  • the displacement sensor can also have a magnetic field sensor, in the simplest case in the form of a receiver loop with a temperature-dependent resistor, which is arranged at the edge of the usable area, for example inside a frame of the usable area.
  • the magnetic field sensor is arranged in such a way that the alternating magnetic field of the transmitter coil does not couple into it when the receiver is set up as intended. Only when the alternating magnetic field has been shifted or distorted to such an extent by a displaced receiver that it extends beyond the edge of the hob does the field also couple with the magnetic field sensor and can be detected.
  • the displacement sensor can also have a small, flat and magnetizable piece of metal and a temperature-dependent resistor connected to it in a thermally conductive manner, with the piece of metal being arranged as an image of a FO in the edge area of the usable area. If the temperature measured by means of the temperature-dependent resistor exceeds a threshold temperature, it can be assumed that the temperature of an FO that is actually present would also exceed a permissible threshold value at this point in time, then it must be switched off. What all displacement sensors have in common is that they can detect a displacement of the receiver towards the edge of the installation area and thus beyond the temperature-resistant range. Typically, the displacement sensor detects the alternating magnetic field between the transmitter coil and the receiver coil that is shifted towards the edge of the installation area. Moving the receiver within the installation area not beyond the edge of the installation area is uncritical, since both the installation area and the underside of the receiver are non-combustible.
  • FIG. 1 shows a highly schematic block diagram of a system having a device for the wireless transmission of energy in the direction of an electrical consumer by means of inductive coupling and an electrical consumer, and
  • FIG. 2 is a schematic plan view of parts of the system shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of parts of the system shown in FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a highly schematic block diagram of a system 100 having a device 1 for the wireless transmission of energy in the direction of an electrical load 2 by means of inductive coupling and an electrical load 2.
  • the device 1 is a Ki transmitter and the electrical load 2 is a Ki receiver. In this respect, reference is also made to the relevant Ki specification.
  • Fig. 2 shows a schematic plan view of parts of the system 100 shown in Fig. 1.
  • the system 100 has: a mounting surface 3 in the form of a glass ceramic plate on which the electrical load 2 is to be set up as intended for the operation of the system 100, a mounting surface 3 on a single side of the mounting surface 3 adjoining , up to only 200 ° Celsius temperature-resistant usable surface 4, a displacement sensor 5 for determining whether the electrical load 2 as shown has been displaced beyond a critical dimension in the direction of the usable surface 4, and a control unit 6 coupled with the displacement sensor 5, which is designed to limit or interrupt the transmission of energy in the direction of the electrical load 2 when the electrical load 2 is displaced beyond the critical dimension in the direction of the usable area 4, as shown.
  • the device 1 conventionally has a transmitter coil 14 for generating an alternating magnetic field.
  • the electrical consumer 2 has a receiver coil 15, in which, due to the alternating magnetic field generated by the device 1, an alternating voltage is induced, which is used to supply the electrical load 2.
  • the device 1 has a conventional RFID reader 7 .
  • the displacement sensor 5 has a passive RFID transponder 8, the RFID transponder 8 being positioned and configured such that data transmission between the RFID reader 7 and the RFID transponder 8 of the displacement sensor 5 is only possible if the electrical consumer 2 is displaced beyond the critical dimension in the direction of the usable area 4, with the control unit 6 being designed to check whether data transmission between the RFID reader 7 and the RFID transponder 8 of the displacement sensor 5 is possible is or not in order to determine whether the electrical load 2 is shifted beyond the critical dimension in the direction of the usable area 4 or not.
  • the electrical consumer 2 has a passive RFID transponder 9 .
  • the displacement sensor 5 can have an RFID suction circuit 10, the RFID suction circuit 10 being positioned and configured in such a way that data transmission between the RFID reader 7 and the RFID transponder 9 of the electrical consumer 2 is no longer possible if the electrical load 2 is shifted beyond the critical dimension in the direction of the usable area 4, with the control unit 6 being designed to check whether the data transmission between the RFID reader 7 and the RFID transponder 9 of the electrical supply - Consumer 2 is possible or not to determine whether the electrical consumer 2 is shifted beyond the critical level in the direction of the usable area 4 or not.
  • the displacement sensor 5 can have a magnetic field sensor 11, which is designed to detect an alternating magnetic field generated by the device 1, wherein the control unit 6 is designed to check whether the alternating magnetic field is detected or not, in order to determine whether the electrical consumer 2 is shifted beyond the critical dimension in the direction of the usable area 4 or not.
  • the magnetic field sensor 11 is positioned and designed in such a way that it is magnetically coupled to the device 1 via the electrical consumer 2 when the electrical consumer 2 is shifted beyond the critical dimension in the direction of the useful area 4, and that it is not magnetically connected of the device 1 is coupled when the electrical consumer 2 is not displaced beyond the critical dimension in the direction of the usable area 4.
  • the magnetic field sensor 11 can have a conductor loop 12 and a temperature-dependent resistor 13 coupled to the conductor loop 12, with the control unit 6 being designed to evaluate a resistance value of the temperature-dependent resistor 13 in order to determine whether the electrical load 2 via the critical dimension is shifted in the direction of the usable area 4 or not.
  • FIG. 2 shows the situation in which the electrical load 2 is displaced beyond the critical dimension in the direction of the usable area 4.
  • the circle marked 1 indicates the position of the transmitter coil 14 and the circle marked 2 indicates the position of the receiver coil 15 coupled inductively to the transmitter coil 14 and consequently may be heated above the flame temperature of the useful surface 4. This is detected by the displacement sensor 5, whereupon energy transmission is deactivated.

Abstract

System (100), aufweisend: - eine Vorrichtung (1) zum drahtlosen Übertragen von Energie in Richtung eines elektrischen Verbrauchers (2) mittels induktiver Kopplung, - einen elektrischen Verbraucher (2), - eine Aufstellfläche (3), auf die der elektrische Verbraucher (2) zum Betrieb des Systems (100) bestimmungsgemäß aufzustellen ist, - eine an die Aufstellfläche (3) angrenzende Nutzfläche (4), - einen Verschiebungssensor (5) zum Ermitteln, ob der elektrische Verbraucher (2) über ein kritisches Maß hinaus in Richtung der Nutzfläche (4) verschoben ist oder nicht, und - eine mit dem Verschiebungssensor (5) gekoppelte Steuereinheit (6), die dazu ausgebildet ist, das Übertragen von Energie in Richtung des elektrischen Verbrauchers (2) zu begrenzen oder zu unterbrechen, wenn der elektrische Verbraucher (2) über das kritische Maß hinaus in Richtung der Nutzfläche (4) verschoben ist.

Description

SYSTEM ZUM DRAHTLOSEN ÜBERTRAGEN VON ENERGIE
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System mit einer Vorrichtung zum drahtlosen Übertragen von Energie in Richtung eines elektrischen Verbrauchers mittels induktiver Kopp- lung und einem elektrischen Verbraucher zur Verfügung zu stellen, das möglichst betriebssicher ist.
Das System weist eine Vorrichtung zum drahtlosen Übertragen von Energie in Richtung eines elektrischen Verbrauchers mittels induktiver Kopplung auf, auch als Wireless Power Transfer, WPT, bezeichnet. Hinsichtlich der Grundlagen zu WPT sei auch auf die einschlägige Fachlitera- tur verwiesen. Bevorzugt wird das System gemäß dem WPC (Wireless Power Consortium) Ki (Cordless Kitchen) Standard betrieben. Die Vorrichtung zum drahtlosen Übertragen von Energie in Richtung des elektrischen Verbrauchers mittels induktiver Kopplung kann auch als Transmit- ter bezeichnet werden und der elektrische Verbraucher kann als Receiver bezeichnet werden. Die Vorrichtung weist typisch herkömmlich eine Transmitterspule zur Erzeugung eines magneti- schen Wechselfelds auf.
Das System weist weiter einen elektrischen Verbraucher auf, insbesondere in Form eines Ki- fähigen Küchengeräts, der/das kabellos mittels der Vorrichtung mit Betriebsenergie versorgt wird. Der elektrische Verbraucher weist typisch eine Receiverspule auf, in der aufgrund des mittels der Transmitterspule erzeugten magnetischen Wechselfelds eine Spannung induziert wird, die zur Versorgung des elektrischen Verbrauchers dient. Die Transmitterspule und die Receiverspule sind magnetisch gekoppelt. Im Übrigen sei auf die einschlägigen Standards, ins- besondere den Ki-Standard verwiesen.
Das System weist weiter eine Aufstellfläche bzw. Aufstellplatte auf, auf die der elektrische Ver- braucher zum Betrieb des Systems bestimmungsgemäß aufzustellen ist. Die Aufstellfläche kann beispielsweise Bestandteil eines Induktionskochfelds mit einer oder mehreren Induktions- kochstellen sein. Die Aufstellfläche kann beispielsweise ein vorgegebener und/oder optisch ge- kennzeichneter Bereich auf einer Glaskeramikplatte eines Induktionskochfelds sein. In diesem Fall ist das Induktionskochfeld derart ergänzt, dass mindestens eine Kochstelle neben der her- kömmlichen Induktions-Funktion auch eine Ki-Funktion (d.h. eine sogenannte Transmitter- Funktion) aufweist. Auf dieser Kochstelle kann dann beispielsweise der elektrische Verbraucher in Form eines Ki-fähigen Küchengeräts kabellos betrieben werden. Da diese Kochstelle zusätz- lich auch als Induktions-Kochstelle fungieren kann, spricht man in diesem Fall von „Dual func- tion“ (Induktion + Ki). Das System weist weiter eine an die Aufstellfläche angrenzende Nutzfläche bzw. Nutzplatte auf, beispielsweise in Form einer herkömmlichen Arbeitsplatte, die an die Aufstellfläche in Form ei- ner Glaskeramikplatte beispielsweise an genau einer Seite angrenzt.
Das System weist weiter einen Verschiebungssensor auf, der dazu vorgesehen ist, zu ermitteln, ob der elektrische Verbraucher über ein kritisches Maß hinaus in Richtung der Nutzfläche ver- schoben ist oder nicht. Das kritische Maß kann beispielsweise derart definiert sein, dass bei einer Verschiebung des elektrischen Verbrauchers über das kritische Maß hinaus der elektri- sche Verbraucher die Nutzfläche zumindest teilweise überdeckt.
Das System weist weiter eine mit dem Verschiebungssensor gekoppelte Steuereinheit auf, die dazu ausgebildet ist, das Übertragen von Energie in Richtung des elektrischen Verbrauchers zu begrenzen oder zu unterbrechen, wenn der elektrische Verbraucher über das kritische Maß hinaus in Richtung der Nutzfläche verschoben ist.
In einer Ausführungsform weist die Vorrichtung ein Radio-Frequency Identification (RFID)- Lesegerät auf.
In einer Ausführungsform weist der Verschiebungssensor einen passiven RFID-Transponder auf, wobei der RFID-Transponder derart positioniert und ausgebildet ist, dass eine Datenüber- tragung zwischen dem RFID-Lesegerät und dem RFID-Transponder des Verschiebungssensors nur dann möglich ist, wenn der elektrische Verbraucher über das kritische Maß hinaus in Rich- tung der Nutzfläche verschoben ist, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, zu überprüfen, ob die Datenübertragung zwischen dem RFID-Lesegerät und dem RFID-Transponder des Ver- schiebungssensors möglich ist oder nicht, um zu ermitteln, ob der elektrische Verbraucher über das kritische Maß hinaus in Richtung der Nutzfläche verschoben ist oder nicht.
In einer Ausführungsform weist der elektrische Verbraucher einen, insbesondere passiven, RFID-Transponder auf, und der Verschiebungssensor weist einen RFID-Saugkreis auf, wobei der RFID-Saugkreis derart positioniert und ausgebildet ist, dass eine Datenübertragung zwi- schen dem RFID-Lesegerät und dem RFID-Transponder des elektrischen Verbrauchers nicht mehr möglich ist, wenn der elektrische Verbraucher über das kritische Maß hinaus in Richtung der Nutzfläche verschoben ist, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, zu überprüfen, ob die Datenübertragung zwischen dem RFID-Lesegerät und dem RFID-Transponder des elektri- schen Verbrauchers möglich ist oder nicht, um zu ermitteln, ob der elektrische Verbraucher über das kritische Maß hinaus in Richtung der Nutzfläche verschoben ist oder nicht. In einer Ausführungsform weist der Verschiebungssensor einen Magnetfeldsensor auf, der dazu ausgebildet ist, ein mittels der Vorrichtung erzeugtes magnetisches Wechselfeld zu detektieren, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, zu überprüfen, ob das magnetische Wechselfeld detektiert wird oder nicht, um zu ermitteln, ob der elektrische Verbraucher über das kritische Maß hinaus in Richtung der Nutzfläche verschoben ist oder nicht.
In einer Ausführungsform ist der Magnetfeldsensor derart positioniert und ausgebildet, dass er magnetisch über den elektrischen Verbraucher mit der Vorrichtung gekoppelt ist, wenn der elektrische Verbraucher über das kritische Maß hinaus in Richtung der Nutzfläche verschoben ist, und dass er magnetisch nicht mit der Vorrichtung gekoppelt ist, wenn der elektrische Ver- braucher nicht über das kritische Maß hinaus in Richtung der Nutzfläche verschoben ist.
In einer Ausführungsform weist der Magnetfeldsensor eine Leiterschleife und einen mit der Lei- terschleife gekoppelten temperaturabhängigen Widerstand auf, beispielsweise einen NTC, wo- bei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, einen Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstands auszuwerten, um zu ermitteln, ob der elektrische Verbraucher über das kritische Maß hinaus in Richtung der Nutzfläche verschoben ist oder nicht.
In einer Ausführungsform weist die Aufstellfläche eine Temperaturfestigkeit größer als 200 ° Celsius, insbesondere größer als 250 ° Celsius auf, und die Nutzfläche weist eine Temperatur- festigkeit bis maximal 200 ° Celsius auf.
Das erfindungsgemäße System wird bevorzugt gemäß dem Ki-Standard betrieben. Ki ist ein in der Entstehung befindlicher Standard, der vom Wireless Power Consortium (WPC) definiert und entwickelt wird. Ki basiert auf induktiver Energieübertragung und ist dafür vorgesehen, Haus- haltskleingeräte und Smart Cookware drahtlos mit Leistungen bis zu 2,2 kW zu versorgen.
Nach dem Funktionsprinzip von Induktionskochstellen werden metallische, vorzugsweise ferriti- sche Objekte, vom Induktionsfeld aufgrund der magnetischen Wechselfelder erhitzt. Neben dem Kochgeschirr, bei dem dieser Effekt erwünscht ist, können aber auch andere metallische Objekte erhitzt werden, die kalt bleiben sollten. Objekte wie beispielsweise Messer, Gabeln oder Backbleche, die auf der Induktionskochstelle liegen, können durch die Induktionskochstelle unerwünscht erhitzt werden. Es besteht Verbrennungsgefahr für den Benutzer, daher müssen solche Objekte erkannt werden und dürfen nicht erhitzt werden.
Auch bei Ki besteht das Problem, dass metallische Objekte, sogenannte Foreign Objects (FO), im Wirkbereich der Transmitterspule und/oder der Receiverspule liegen können und sich durch die vom magnetischen Wechselfeld induzierten Wirbelströme stark erhitzten können. Kritische Positionen für FOs befinden sich neben einem aufgestellten Receiver über der unbedeckten Fläche der Transmitterspule oder bei flachen Objekten wie Münzen oder Ringen auch unter der Receiverspule, wobei auch Positionen unterhalb der Receiverspule und außerhalb der Trans- mitterspule zu unzulässiger Erwärmung von FOs s führen können.
Die Aufstellfläche weist eine temperaturrobuste Oberfläche beispielsweise zum Braten, Grillen oder Frittieren auf, d.h. ein Benutzer kann sich zwar durch Berühren eines heißen FOs verlet- zen oder das typisch mit Flamm-Hemmern gestalte Gehäuse des Receivers kann anschmelzen und Gerüche absondern, die Aufstellfläche selbst kann sich jedoch nicht durch ein heißes FO selbst entzünden.
Die Ki-Spezifikation erlaubt elektrische Verbraucher bzw. Receiver mit einem deutlich größeren Durchmesser, beispielsweise 23,5 cm, als der bevorzugte Durchmesser der Transmitterspule, beispielsweise 15 bis 18cm. Weiter soll eine Verschiebung zwischen Transmitter und Receiver von bis zu 4 cm ermöglicht werden, d.h. ein großer Receiver mit erlaubter Verschiebung kann im Betrieb mehrerer Zentimeter (maximal 10,75 cm) über den Rand der Transmitterspule über- stehen.
So ist bei einer in der Nähe einer Umrandung der Aufstellfläche platzierten Transmitterspule auch ein Betrieb des Receivers außerhalb der Aufstellfläche und somit auf der nicht temperatur- robusten Nutzfläche laut Ki-Spezifikation möglich. Liegt nun aber ein FO auf der Nutzfläche un- ter dem Receiver, kann das FO eine kritische Zündtemperatur der Nutzfläche erreichen.
Mittels der Erfindung ist es möglich, eine Verschiebung des elektrischen Verbrauchers bzw. Receivers in Richtung der Nutzfläche über ein kritisches Maß hinaus zu detektieren, bei dessen Überschreiten ein gegebenenfalls auf der Nutzfläche unter dem elektrischen Verbraucher plat- ziertes FO kritisch erhitzt werden könnte. Wird eine solche kritische Verschiebung detektiert, wird die Leistungszufuhr auf ein unkritisches Maß gedrosselt oder ganz abgeschaltet.
Mit anderen Worten kann ein unter dem Receiver positioniertes FO magnetisch induziert so heiß werden, dass es die Oberfläche der Nutzfläche beschädigen oder gar entzünden kann. Erfindungsgemäß wird ein Verschieben des Receivers über den Rand der temperaturrobusten Aufstellfläche hinaus erkannt, damit entweder der Start der Energieübertragung verhindert wird oder eine Energieübertragung nach kurzer Zeit abgebrochen wird, bevor das FO kritische Tem- peraturen erreichen kann. Solange der elektrische Verbraucher nicht über das kritische Maß hinaus in Richtung der Nutz- fläche verschoben ist, ist der Verschiebungssensor nicht mittels des elektrischen Verbrauchers bzw. dessen Receiverspule mit der Vorrichtung bzw. deren Transmitterspule, insbesondere magnetisch, wirkverbunden bzw. gekoppelt. Sobald jedoch der elektrische Verbraucher über das kritische Maß hinaus in Richtung der Nutzfläche verschoben ist, ist der Verschiebungs- sensor mittels des elektrischen Verbrauchers bzw. dessen Receiverspule mit der Vorrichtung bzw. deren Transmitterspule wirkverbunden bzw. gekoppelt, was erfindungsgemäß zur Überde- ckungserkennung ausgewertet wird.
Der Verschiebungssensor kann beispielsweise einen Near Field Communication (NFC) Tag aufweisen, der erst durch die Kopplung über den verschobenen Receiver vom Transmitter er- kannt wird. Sobald dessen NFC Adresse sichtbar wird, wird der Ki-Betrieb eingestellt. Der NFC Tag kann innerhalb oder außerhalb eines Rahmens der Aufstellfläche angeordnet werden oder sogar innerhalb eines Klebstoffs, der zur Fixierung des Rahmens mit der Nutzfläche dient. Mit einer Ferritfolie kann das NFC Feld derart gelenkt werden, dass der NFC Tag bei nicht ver- schobenem Receiver nicht erkannt wird.
Der Verschiebungssensor kann auch einen NFC Saugkreis aufweisen, der ein NFC Signal so stark dämpft, dass keine NFC Kommunikation zwischen Receiver und Transmitter möglich ist. Dann kann auch der Ki Betrieb abgebrochen werden.
Der Verschiebungssensor kann auch einen Magnetfeldsensor aufweisen, im einfachsten Fall in Form einer Empfängerschleife mit einem temperaturabhängigen Widerstand, der am Rand der Nutzfläche, beispielsweise noch innerhalb eines Nutzflächenrahmens, angeordnet wird. Der Magnetfeldsensor ist derart angeordnet, dass das magnetische Wechselfeld der Transmitter- spule nicht in ihn einkoppelt, wenn der Receiver bestimmungsgemäß aufgestellt ist. Erst wenn das magnetische Wechselfeld durch einen verschobenen Receiver in einem solchen Maß ver- schoben bzw. verzerrt wurde, dass es über den Rand des Kochfelds hinausreicht, verkoppelt das Feld auch mit dem Magnetfeldsensor und kann erkannt werden.
Der Verschiebungssensor kann auch ein kleines, flaches und magnetisierbares Metallstück und einen damit wärmeleitend verbundenen temperaturabhängigen Widerstand aufweisen, wobei das Metallstück als Abbild eines FO im Randbereich der Nutzfläche angeordnet ist. Wenn die mittels des temperaturabhängigen Widerstands gemessene Temperatur eine Schwellentempe- ratur überschreitet, kann davon ausgegangen werden, dass auch eine Temperatur eines tat- sächlich vorhandenen FO zu diesem Zeitpunkt einen zulässigen Schwellenwert überschreiten würde, dann muss abgeschaltet werden. Allen Verschiebungssensoren ist gemeinsam, dass sie eine Verschiebung des Receivers hin zum Aufstellflächenrand und damit über den temperaturrobusten Bereich hinaus erkennen kön- nen. Typisch detektiert der Verschiebungssensor das zum Aufstellflächenrand hin verschobene magnetische Wechselfeld zwischen der Transmitterspule und der Receiverspule. Eine Ver- schiebung des Receivers innerhalb der Aufstellfläche nicht über den Aufstellflächenrand hinaus ist unkritisch, da sowohl die Aufstellfläche als auch die Receiver-Unterseite nicht brennbar sind.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben. Hierbei zeigt:
Fig. 1 hoch schematisch ein Blockschaltbild eines Systems aufweisend eine Vorrich- tung zum drahtlosen Übertragen von Energie in Richtung eines elektrischen Ver- brauchers mittels induktiver Kopplung und einem elektrischen Verbraucher, und
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf Teile des in Fig. 1 gezeigten Systems.
Fig. 1 zeigt hoch schematisch ein Blockschaltbild eines Systems 100 aufweisend eine Vorrich- tung 1 zum drahtlosen Übertragen von Energie in Richtung eines elektrischen Verbrauchers 2 mittels induktiver Kopplung und einem elektrischen Verbraucher 2. Die Vorrichtung 1 ist ein Ki Transmitter und der elektrische Verbraucher 2 ist ein Ki Receiver. Insoweit sei auch auf die ein- schlägige Ki Spezifikation verwiesen.
Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf Teile des in Fig. 1 gezeigten Systems 100.
Bezugnehmend auf die Fig. 1 und 2 weist das System 100 auf: eine Aufstellfläche 3 in Form einer Glaskeramikplatte, auf die der elektrische Verbraucher 2 zum Betrieb des Systems 100 bestimmungsgemäß aufzustellen ist, eine an die Aufstellfläche 3 an einer einzelnen Seite der Aufstellfläche 3 angrenzende, bis lediglich 200 ° Celsius temperaturfeste Nutzfläche 4, einen Verschiebungssensor 5 zum Ermitteln, ob der elektrische Verbraucher 2 wie dargestellt über ein kritisches Maß hinaus in Richtung der Nutzfläche 4 verschoben ist, und eine mit dem Verschie- bungssensor 5 gekoppelte Steuereinheit 6, die dazu ausgebildet ist, das Übertragen von Ener- gie in Richtung des elektrischen Verbrauchers 2 zu begrenzen oder zu unterbrechen, wenn der elektrische Verbraucher 2 wie dargestellt über das kritische Maß hinaus in Richtung der Nutz- fläche 4 verschoben ist.
Die Vorrichtung 1 weist herkömmliche eine Transmitterspule 14 zur Erzeugung eines magneti- schen Wechselfelds auf. Entsprechend weist der elektrische Verbraucher 2 eine Receiverspule 15 auf, in der aufgrund des mittels der Vorrichtung 1 erzeugten magnetischen Wechselfelds eine Wechselspannung induziert wird, die zur Versorgung des elektrischen Verbrauchers 2 dient.
Die Vorrichtung 1 weist ein herkömmliches RFID-Lesegerät 7 auf.
Der Verschiebungssensor 5 weist einen passiven RFID-Transponder 8 auf, wobei der RFID- Transponder 8 derart positioniert und ausgebildet ist, dass eine Datenübertragung zwischen dem RFID-Lesegerät 7 und dem RFID-Transponder 8 des Verschiebungssensors 5 nur möglich ist, wenn der elektrische Verbraucher 2 über das kritische Maß hinaus in Richtung der Nutzflä- che 4 verschoben ist, wobei die Steuereinheit 6 dazu ausgebildet ist, zu überprüfen, ob die Da- tenübertragung zwischen dem RFID-Lesegerät 7 und dem RFID-Transponder 8 des Verschie- bungssensors 5 möglich ist oder nicht, um zu ermitteln, ob der elektrische Verbraucher 2 über das kritische Maß hinaus in Richtung der Nutzfläche 4 verschoben ist oder nicht.
Der elektrische Verbraucher 2 weist einen passiven RFID-Transponder 9 auf. Der Verschie- bungssensor 5 kann einen RFID-Saugkreis 10 aufweisen, wobei der RFID-Saugkreis 10 derart positioniert und ausgebildet ist, dass eine Datenübertragung zwischen dem RFID-Lesegerät 7 und dem RFID-Transponder 9 des elektrischen Verbrauchers 2 nicht mehr möglich ist, wenn der elektrische Verbraucher 2 über das kritische Maß hinaus in Richtung der Nutzfläche 4 ver- schoben ist, wobei die Steuereinheit 6 dazu ausgebildet ist, zu überprüfen, ob die Datenüber- tragung zwischen dem RFID-Lesegerät 7 und dem RFID-Transponder 9 des elektrischen Ver- brauchers 2 möglich ist oder nicht, um zu ermitteln, ob der elektrische Verbraucher 2 über das kritische Maß hinaus in Richtung der Nutzfläche 4 verschoben ist oder nicht.
Der Verschiebungssensor 5 kann einen Magnetfeldsensor 11 aufweisen, der dazu ausgebildet ist, ein mittels der Vorrichtung 1 erzeugtes magnetisches Wechselfeld zu detektieren, wobei die Steuereinheit 6 dazu ausgebildet ist, zu überprüfen, ob das magnetische Wechselfeld detektiert wird oder nicht, um zu ermitteln, ob der elektrische Verbraucher 2 über das kritische Maß hin- aus in Richtung der Nutzfläche 4 verschoben ist oder nicht.
Der Magnetfeldsensor 11 ist derart positioniert und ausgebildet, dass er magnetisch über den elektrischen Verbraucher 2 mit der Vorrichtung 1 gekoppelt ist, wenn der elektrische Verbrau- cher 2 über das kritische Maß hinaus in Richtung der Nutzfläche 4 verschoben ist, und dass er magnetisch nicht mit der Vorrichtung 1 gekoppelt ist, wenn der elektrische Verbraucher 2 nicht über das kritische Maß hinaus in Richtung der Nutzfläche 4 verschoben ist. Der Magnetfeldsensor 11 kann eine Leiterschleife 12 und einen mit der Leiterschleife 12 ge- koppelten temperaturabhängigen Widerstand 13 aufweisen, wobei die Steuereinheit 6 dazu ausgebildet ist, einen Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstands 13 auszuwer- ten, um zu ermitteln, ob der elektrische Verbraucher 2 über das kritische Maß hinaus in Rich- tung der Nutzfläche 4 verschoben ist oder nicht.
Fig. 2 zeigt den Fall, dass der elektrische Verbraucher 2 über das kritische Maß hinaus in Rich- tung der Nutzfläche 4 verschoben. Der mit 1 bezeichnete Kreis kennzeichnet die Lage der Transmitterspule 14 und der mit 2 bezeichnete Kreis kennzeichnet die Lage der Receiverspule 15. In der dargestellten Verschiebung des elektrischen Verbrauchers 2 würde ein ferromagneti- sches Foreign Object FO auf der Nutzfläche 4 über den elektrischen Verbraucher 2 mit der Transmitterspule 14 induktiv gekoppelt und folglich möglicherweise über die Flammtemperatur der Nutzfläche 4 hinaus erhitzt werden. Dies wird mittels des Verschiebungssensors 5 erkannt, worauf eine Energieübertragung deaktiviert wird.

Claims

Patentansprüche System (100), aufweisend: eine Vorrichtung (1) zum drahtlosen Übertragen von Energie in Richtung eines elektri- schen Verbrauchers (2) mittels induktiver Kopplung, einen elektrischen Verbraucher (2), eine Aufstellfläche (3), auf die der elektrische Verbraucher (2) zum Betrieb des Systems (100) bestimmungsgemäß aufzustellen ist, eine an die Aufstellfläche (3) angrenzende Nutzfläche (4), einen Verschiebungssensor (5) zum Ermitteln, ob der elektrische Verbraucher (2) über ein kritisches Maß hinaus in Richtung der Nutzfläche (4) verschoben ist oder nicht, und eine mit dem Verschiebungssensor (5) gekoppelte Steuereinheit (6), die dazu ausgebildet ist, das Übertragen von Energie in Richtung des elektrischen Verbrauchers (2) zu begren- zen oder zu unterbrechen, wenn der elektrische Verbraucher (2) über das kritische Maß hinaus in Richtung der Nutzfläche (4) verschoben ist. System (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ein RFID-Lesegerät (7) aufweist. System (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschiebungssensor (5) einen passiven RFID-Transponder (8) aufweist, wobei der RFID-Transponder (8) derart positioniert und ausgebildet ist, dass eine Datenübertragung zwischen dem RFID-Lesegerät (7) und dem RFID-Transponder (8) des Verschiebungs- sensors (5) nur möglich ist, wenn der elektrische Verbraucher (2) über das kritische Maß hinaus in Richtung der Nutzfläche (4) verschoben ist, wobei die Steuereinheit (6) dazu ausgebildet ist, zu überprüfen, ob die Datenübertragung zwischen dem RFID-Lesegerät (7) und dem RFID-Transponder (8) des Verschiebungssensors (5) möglich ist oder nicht, um zu ermitteln, ob der elektrische Verbraucher (2) über das kritische Maß hinaus in Rich- tung der Nutzfläche (4) verschoben ist oder nicht. System (100) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Verbraucher (2) einen RFID-Transponder (9) aufweist, und der Verschiebungssensor (5) einen RFID-Saugkreis (10) aufweist, wobei der RFID- Saugkreis (10) derart positioniert und ausgebildet ist, dass eine Datenübertragung zwi- schen dem RFID-Lesegerät (7) und dem RFID-Transponder (9) des elektrischen Verbrau- chers (2) nicht mehr möglich ist, wenn der elektrische Verbraucher (2) über das kritische Maß hinaus in Richtung der Nutzfläche (4) verschoben ist, wobei die Steuereinheit (6) da- zu ausgebildet ist, zu überprüfen, ob die Datenübertragung zwischen dem RFID- Lesegerät (7) und dem RFID-Transponder (9) des elektrischen Verbrauchers (2) möglich ist oder nicht, um zu ermitteln, ob der elektrische Verbraucher (2) über das kritische Maß hinaus in Richtung der Nutzfläche (4) verschoben ist oder nicht. System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschiebungssensor (5) einen Magnetfeldsensor (11) aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein mittels der Vorrichtung (1) erzeugtes magnetisches Wechselfeld zu detektieren, wobei die Steuereinheit (6) dazu ausgebildet ist, zu überprüfen, ob das magnetische Wechselfeld detektiert wird oder nicht, um zu ermitteln, ob der elektrische Verbraucher (2) über das kritische Maß hinaus in Richtung der Nutzfläche (4) verschoben ist oder nicht. System (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (11) derart positioniert und ausgebildet ist, dass er magnetisch über den elektrischen Verbraucher (2) mit der Vorrichtung (1) gekoppelt ist, wenn der elektri- sche Verbraucher (2) über das kritische Maß hinaus in Richtung der Nutzfläche (4) ver- schoben ist, und dass er magnetisch nicht mit der Vorrichtung (1) gekoppelt ist, wenn der elektrische Verbraucher (2) nicht über das kritische Maß hinaus in Richtung der Nutzflä- che (4) verschoben ist. System (100) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (11) eine Leiterschleife (12) und einen mit der Leiterschleife (12) gekoppelten temperaturabhängigen Widerstand (13) aufweist, wobei die Steuereinheit (6) dazu ausgebildet ist, einen Widerstandswert des temperaturabhängigen Widerstands (13) auszuwerten, um zu ermitteln, ob der elektrische Verbraucher (2) über das kritische Maß hinaus in Richtung der Nutzfläche (4) verschoben ist oder nicht. System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufstellfläche (3) eine Temperaturfestigkeit größer als 200 ° Celsius aufweist, und die Nutzfläche (4) eine Temperaturfestigkeit bis maximal 200 ° Celsius aufweist.
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