Kontaktlose Energieübertragung

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine kontaktlose Energieübertragung für eine Tür, bei der von einem feststehenden Rahmen durch einen Resonanzkreis (5) per Induktion die Spannung auf einen Resonanzkreis auf der Türseite übertragen wird. Dabei befindet sich die Energieübertragung an dem Ort zwischen Rahmen und Tür, an dem sie benötigt wird. Die durch Streuinduktivitäten entstehenden Koppelungsverluste werden durch eine entsprechende Phasenregelschaltung (10) automatisch kompensiert.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine kontaktlose Energieübertragung für eine Tür oder dergleichen, bei der die Energieübertragung von einem feststehenden Rahmen auf einen beweglichen Türflügel durch Induktion erfolgt.

[0002] In der DE 299 06 699 U1 wird ein Türgriff beschrieben, bei dem eine Energieübertragung über die Bänder von dem die Tür umgebenden Rahmen auf den beweglichen Türflügel erfolgt. Dabei wird die Versorgung über Zuleitungen durch die Bänder realisiert, wobei jedes der beiden Bänder über elektrisch voneinander isolierte Teile die Stromversorgung vornimmt. Die Stromversorgung geht dann durch den gesamten Türflügel auf die gegenüberliegende Seite, nämlich in den Bereich eines Griffes. Hier wird zum einen die Versorgung eines Türöffners und darüber hinaus die elektrische Versorgung eines leuchtenden Türgriffes mit der Versorgungsspannung gespeist.

[0003] Eine Vorrichtung zur berührungslosen Übertragung elektrischer Energie mittels einer Induktionsspule, die in eine weitere von der ersten Spule getrennten Spule die Spannung überträgt, wird in der DE 197 26 840 A1 beschrieben.

[0004] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Stand der Technik dahingehend zu verbessern, dass eine Möglichkeit der kontaktlosen Energieübertragung bei Türen geschaffen wird, die unabhängig vom Türtyp angewendet werden kann.

[0005] Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben dabei eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gedankens wieder.

[0006] Die im Stand der Technik angegebene Lösung, nämlich bei der DE 299 06 699 U1, Übertragung der Energie über die angeschlossenen Scharniere setzt voraus, dass ein solches Türblatt speziell vorbereitet werden muss. Die Vorbereitung besteht darin, dass innerhalb des Rahmens oder des Türblattes Kabel verlegt werden müssen. Dieses bedeutet, dass nur dieser Türtyp verwendet werden kann und eine universelle Nutzung nicht möglich ist. Aus diesem Grunde wird die Energie bei der Erfindung dort übertragen, wo sie auch gebraucht wird.

[0007] In der Regel wird zur Sicherung einer Tür ein Zutrittskontrollsystem verwendet, das zum Betrieb mit entsprechender Energie versorgt werden muss. Des Weiteren wirkt mit dem Zutrittskontrollsystem ein motorisch betriebenes Türschloss zusammen. Neben den motorisch angetriebenen Türschlössern können auch solche zur Anwendung kommen, bei denen eine entsprechende Blockierung bzw. Freigabe mittels Elektromagneten realisiert wird.

[0008] Durch die Energieübertragung (Senderseite) von dem ortsfesten Rahmen oder der Zarge auf das Türblatt (Empfängerseite), in dem Bereich, wo die Energie benötigt wird, wird zugleich eine preiswerte Lösung vorgeschlagen und darüber hinaus ist diese Lösung auch noch sabotagesicherer.

[0009] Zur kontaktlosen Energieübertragung wird deshalb eine Energieübertragung mittels Induktivitäten sowohl auf der Senderseite als auch auf der Empfängerseite vorgeschlagen. Bei den Induktivitäten handelt es sich um zwei Spulen, die als Resonanzkreise konzipiert sind. Ein Oszillator erzeugt eine entsprechende Spannung, die in einem nachgeschalteten Verstärker verstärkt wird. Diese Spannung geht an einen Resonanzkreis auf der Senderseite. Von der dort verwendeten Induktivität wird eine Teilspannung abgezweigt und einem Phasenregelkreis zugeführt. Der Phasenregelkreis hat die Aufgabe, die durch die lose Koppelung entstehenden Koppeleffekte auszugleichen. Die Koppeleffekte entstehen dadurch, dass zwischen dem Resonanzkreis der Senderseite und dem Resonanzkreis der Empfängerseite kein fester Abstand besteht. Dieses resultiert daraus, dass zwischen der Zarge und der Tür ein Luftspalt vorhanden ist, der bei Türen unterschiedlich ist. Um hier eine weitestgehende Kompensation zu erreichen, wird deshalb vorgeschlagen, einen Phasenregelkreis einzusetzen. Der Phasenregelkreis vergleicht dabei die Phasenlage des Oszillators mit der von der Induktivität der Senderseite abgenommenen Phasenlage dieser Teilspannung. Die sich hieraus ergebende Regelspannung wird dem Oszillator zugeführt, der dadurch eine Nachstimmung automatisch durchführt. Somit können senderseitige Streuinduktivitäten kompensiert werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Koppelung variabel ist.

[0010] Auf der Empfängerseite befindet sich ebenfalls ein Resonanzkreis, der die induzierte Spannung über einen Gleichrichter einer Konstantstromquelle zuführt. Die Konstantstromquelle wiederum versorgt einen Akku, der zur Versorgung des Schlosses bzw. auch der Zutrittskontrolleinrichtung innerhalb der Tür dient.

[0011] Bei den Spulen innerhalb der auf der Sender- und Empfängerseite verwendeten Resonanzkreise kann es sich um Luftspulen handeln oder aber auch um Spulen, die einen Ferritkern aufweisen.

[0012] Bei einer geöffneten Tür wird aufgrund des zu großen Luftspaltes zwischen der Empfänger- und der Senderseite keine Energie übertragen. Um jedoch eine funktionstüchtige Einrichtung innerhalb der Tür vorzuhalten, wird die Versorgung in diesem Falle dann über den durch die Energieübertragung gepufferten Akku aufrechterhalten.

[0013] Die Erfindung wird anhand von zwei möglichen in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

[0014] Es zeigen:

Figur 1:

Eine Ausführung mit Luftinduktivitäten.

Figur 2:

Ein Ausführungsbeispiel mit Induktivitäten, die einen Ferritkern beinhalten.

[0015] Zur Versorgung der Elektronik innerhalb des Türschlosses bzw. einer Zutrittskontrolleinrichtung wird ein Akku 21 benötigt. Um einen solchen Akku 21 innerhalb eines Türblattes im Pufferbetrieb zu laden, wird über einen Luftspalt zwischen einer nicht dargestellten Tür und einer Zarge dieser Akku 21 kontaktlos nachgeladen. Dabei wird zur Energieübertragung ein Transformator mit einem variablen Luftspalt L verwendet.

[0016] Der Luftspalt L liegt somit zwischen einem Resonanzkreis auf der Senderseite 5 und einem Resonanzkreis auf der Empfängerseite 6. Der Resonanzkreis der Senderseite besteht aus einer Spule 22, die mit einem Kondensator 7 in Reihe geschaltet ist. Von einem Verstärker 2 wird über eine Verbindung 4 der Kondensator 7 und die Spule 22 gespeist. Der Verstärker 2 ist über eine Verbindung 3 mit einem variablen Oszillator 1 verbunden. Das dem Kondensator 7 gegenüberliegende Ende der Spule 22 ist geerdet (Bezugszeichen 8).

[0017] Um eine senderseitige Streuinduktivität kompensieren zu können, wird von der Spule 22 über eine Verbindung 9 eine Teilspannung abgegriffen. Diese Teilspannung wird einer Phasenregelschaltung 10 zugeführt. Über eine Verbindung 12 von dem Oszillator 1 wird die dem Verstärker 3 zugeführte Spannung ebenfalls zugeführt. Durch die Phasenregelschaltung 10 kann somit ein auftretender Koppelungseffekt durch die variable Koppelung kompensiert werden. Das daraus entstehende Regelsignal wird über eine Verbindung 11 dem Oszillator 1 zugeführt, der dadurch eine automatische Abstimmung des Oszillators 1 vornimmt.

[0018] Durch den Oszillator 1, der durch eine nicht dargestellte Versorgungsspannung von extern versorgt wird, wird die Senderseite 5 mit der entsprechenden Energie versorgt. Diese Energie überträgt sich über den Luftspalt L auf die Empfängerseite 6 der Energieübertragungseinrichtung. Die Empfängerseite 6 besteht ebenfalls aus einem Resonanzkreis, der aus einer Induktivität mit der Spule 13 und einem parallel dazu geschalteten Kondensator 14 besteht. Über Verbindungen 15 und 16 wird ein angeschlossener Gleichrichter 17 versorgt. Die gleichgerichtete Spannung geht über eine Verbindung 18 an eine Konstantstromquelle 20. Die Konstantstromquelle 20 sorgt dafür, dass über die Verbindungen 35 und 19 der angeschlossene Akku mit der entsprechenden Ladespannung versorgt wird. Dabei wird die Versorgungsspannung des Akkus ständig überwacht.

[0019] Bei der in Figur 2 dargestellten Ausführung einer kontaktlosen Energieübertragung handelt es sich, bei den auf der Senderseite 5 und auf der Empfängerseite 6 verwendeten Induktivitäten, um Spulen, die mit einem Ferritkern ausgerüstet sind.

[0020] Von einem Generator 23 wird über eine Verbindung 24 eine Verstärkungsschaltung 27 mit der notwendigen Energie für die Senderseite versorgt. Über eine Verbindung 25 wird dabei ein Kondensator 29, der in Reihe mit der Spule 28 liegt, verbunden, wobei andererseits die Spule 28 über eine Verbindung 26 mit dem Verstärker 27 verbunden ist.

[0021] Auch auf der Empfängerseite 6 ist die Spule 30 in Reihe mit einem Kondensator 36 geschaltet. Von dem Kondensator 36 geht über eine Verbindung 31 und über eine Verbindung 32 von dem anderen Spulenende 30 die von der Senderseite 6 empfangene Energie an einen Gleichrichter 17. Über die Verbindungen 33 und 34 wird die gleichgerichtete Spannung dem Akku 21 zugeführt.

[0022] Durch den relativ großen Luftspalt zwischen der Tür und dem Türrahmen verringert sich die magnetische Koppelung. Gleichzeitig wird die Streuung vergrößert. Die Koppelung wird dabei durch die entsprechenden Ferritkerne kompensiert. Die primären und sekundären Streuinduktivitäten werden dabei durch die Kondensatoren 29 und 36 kompensiert.

Bezugszeichenliste

[0023] 

1

variabler Oszillator

2

Verstärker

3

Verbindung

4

Verbindung

5

Senderseite

6

Empfängerseite

7

Kondensator

8

Masse

9

Verbindung

10

Phasenvergleichsschaltung

11

Verbindung

12

Verbindung

13

Spule

14

Kondensator

15

Verbindung

16

Verbindung

17

Gleichrichter

18

Verbindung

19

Verbindung

20

Konstantstromquelle

21

Akku

22

Spule

23

Generator

24

Verbindung

25

Verbindung

26

Verbindung

27

Verstärker

28

Spule

29

Kondensator

30

Spule

31

Verbindung

32

Verbindung

33

Verbindung

34

Verbindung

35

Verbindung

Ansprüche

1. Kontaktlose Energieübertragung für eine Tür oder dergleichen von einem feststehenden Rahmen zu einem bewegbaren Türflügel, wobei eine speisende Induktionsspule durch Induktion auf eine gespeiste Induktionsspule die Energie für einen Verbraucher überträgt, indem die Energieübertragung (Senderseite 5) von dem Rahmen auf das Türblatt (Empfängerseite 6) im Bereich eines in der Tür befindlichen Schlosses und/oder Zutrittskontrolleinrichtung durch die induktive Energieübertragung über einen auf der Senderseite (5) und einen auf der Empfängerseite (6) vorhandenen Resonanzkreis erfolgt, wobei deren Koppelung variabel ist und entsprechende Koppeleffekte automatisch kompensiert werden.

2. Kontaktlose Energieübertragung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Oszillator (1) mit einer Phasenregelschaltung (10) und einem nachgeschalteten Verstärker (2) zur Versorgung des senderseitigen Resonanzkreises (5) eingesetzt wird.

3. Kontaktlose Energieübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelung zwischen der Senderseite (5) und der Empfängerseite (6) variabel ist.

4. Kontaktlose Energieübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppeleffekte durch einen Phasenvergleich kompensiert werden.

5. Kontaktlose Energieübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Phasenvergleiches die Phasenregelschaltung (10) verwendet wird.

6. Kontaktlose Energieübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Empfängerseite (6) eine Gleichrichterschaltung (17) mit einer nachgeschalteten Konstantstromquelle (20) vorhanden ist.

7. Kontaktlose Energieübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivitäten (22, 13) auf der Senderseite (5) und der Empfängerseite (6) Luftinduktivitäten sind.

8. Kontaktlose Energieübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivitäten (22, 13) auf der Senderseite (5) und auf der Empfängerseite (6) mit einem Ferritkern versehen sind.

9. Kontaktlose Energieübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragung für ein Schloss, Motorschloss und/oder Zutrittskontrolleinrichtung verwendet wird.

10. Kontaktlose Energieübertragung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsspannung eines Akkus (21) überwacht wird.

Zeichnung