СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОЙ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ МЕЖДУ СТЕНОЙ И СТВОРКОЙ, ЗАКРЕПЛЕННОЙ НА ЭТОЙ СТЕНЕ Российский патент 2015 года по МПК G08B13/04 H01F38/14 

Изобретение относится к способу и устройству для бесконтактной передачи электрической энергии между стеной и створкой, шарнирно закрепленной на этой стене с возможностью поворота вокруг шарнирной оси, в котором предусмотрена закрепленная на стене первичная силовая катушка и закрепленная на створке вторичная силовая катушка, которые находятся в индуктивной связи с помощью пальца петли.

В частности, створки дверей для таких объектов как дома, офисы или производственные цеха все чаще имеют приспособления, улучшающие безопасность или комфорт, фактическое рабочее состояние которых и приведение в действие которых контролируется или осуществляется с помощью контролирующих и исполнительных устройств, расположенных вне двери, и которые передают изменения рабочего состояния или сигналы, возможно принимаемые датчиками в контролирующие или исполнительные устройства.

В качестве примера можно назвать установленную центральную систему охранной сигнализации против взлома, которая взаимодействует с установленными на дверях приспособлениями, предназначенными, например, для контролирования открывания, взлома, закрывания, саботажа или автоматических замков.

Для передачи соответствующих сигналов и создания электрических линий между контролирующим устройством и устройствами, находящимися на двери, согласно уровню техники, применяются многожильные кабели, которые гибко прокладываются между створкой и рамой и зачастую в целях защиты окружены гибким металлическим шлангом.

Эти кабельные соединения значительно ухудшают внешний вид и могут быть зажаты при закрывании створки, что может приводить к повреждениям и даже к разрушению кабеля. Кроме того, слабым местом кабельных соединений является возможность манипуляции, так что для защиты от саботажа в кабельном соединении осуществляется также так называемый скрытый электромонтаж датчиков или контактов.

Из DE 10 2004 017 341 А1 известна петля с встроенным трансформатором для бесконтактной передачи энергии. Эта петля содержит первичную катушку в рамной части петли и вторичную катушку, расположенную в створочной части петли. Для магнитной связи вторичной подушки с первичной катушкой, которые расположены на расстоянии друг от друга в направлении шарнирной оси, служит проходящий через обе катушки железный сердечник, который одновременно образует палец петли.

Хотя в принципе с помощью этого расположения возможна бесконтактная передача энергии и/или электрических сигналов между стеной и створкой, закрепленной на этой стене, однако это устройство не обеспечивает по меньшей мере почти без задержки обеспечение мощности на вторичной стороне, которая требуется, например, для привода электродвигателей при внезапной потребности в мощности.

В основу изобретения положена задача создания улучшенного в этом отношении способа и предусмотренного для выполнения этого способа устройства для бесконтактной передачи электрической энергии между стеной и закрепленной на этой стене створкой, причем предусмотрена первая катушка, закрепленная на стене, и вторая катушка, закрепленная на створке, которые находятся в индуктивной связи.

Эта задача решена с помощью способа, раскрываемого в п. 1 формулы изобретения, и с помощью устройства, заявленного в п. 3 формулы изобретения.

В способе, согласно изобретению, измеряют электрический первичный ток, протекающий в первичной силовой катушке, и подают измеренное значение в первичный силовой электронный блок. В этом первичном силовом электронном блоке предусмотрена память данных, в которой сохранена передаточная характеристика между первичной силовой катушкой и вторичной силовой катушкой, то есть получаемая на вторичной силовой катушке мощность в зависимости от мощности, подаваемой на первичную силовую катушку. На основании этой передаточной характеристики известно, какая мощность требуется на первичной стороне для получения определенной мощности на вторичной стороне.

Когда на вторичной стороне электрическая мощность не требуется, другими словами, когда на вторичной стороне не замкнут контур тока, то на первичной стороне измеряется лишь ток утечки. Поскольку в первичном силовом электронном блоке сохранена передаточная характеристика, то ему известно напряжение, приложенное к разомкнутым концам вторичного контура тока.

Когда на вторичной стороне внезапно увеличивается потребность в мощности, например, для подачи электрической мощности в электропривод для инициирования определенной функции, то это приводит к увеличению первичного тока. При регистрации его в первичном силовом электронном блоке, осуществляется, например, управление инвертором, который может содержать импульсный стабилизатор и/или модулятор ширины импульсов, так что первичная силовая катушка почти без задержки нагружается максимальной мощностью. Это предпочтительно осуществляется посредством приложения максимально допустимого первичного напряжения при максимальной ширине импульсов первичного силового напряжения, генерируемого предпочтительно в виде прямоугольного переменного напряжения с частотой 40 кГц.

Для того чтобы на вторичной стороне не происходило превышения максимально допустимого вторичного напряжения за счет потребителей, расположенных на вторичной стороне, на вторичной стороне предусмотрено устройство ограничения напряжения, с помощью которого значение вторичного напряжения, генерируемое на основании индукции во вторичной силовой катушке, ограничивается до максимального значения напряжения. На основании этого на вторичной стороне и тем самым также на первичной стороне протекает лишь электрический ток, который действительно требуется. На основании измеренного первичного тока первичный силовой электронный блок уменьшает мощность, которой нагружается первичная силовая катушка, до тех пор, пока на вторичной стороне в соответствии с сохраненной передаточной характеристикой не установится требуемая мощность. При этом первичная мощность предпочтительно согласовывается посредством четырехступенчатых изменений напряжения и посредством бесступенчатого изменения ширины импульсов.

На основании известной передаточной характеристики, при определенном, заранее известном соотношении первичной мощности и ширины импульсов известна мощность на вторичной стороне. В этом случае на первичной стороне должен протекать определенный, заранее известный первичный силовой ток.

Когда значение протекающего измеренного первичного тока меньше ожидаемого, то подаваемая мощность является слишком высокой, и вторичная мощность уменьшается с помощью устройства ограничения напряжения.

Если измеренный первичный ток больше, то поставляемая мощность слишком мала. В этом случае первичный силовой электронный блок увеличивает подаваемую первичную мощность посредством увеличения напряжения и/или ширины импульсов в соответствии с сохраненной характеристикой.

Устройство, согласно изобретению, для бесконтактной передачи электрической энергии между стеной и створкой, закрепленной на этой стене с возможностью поворота вокруг шарнирной оси, содержит закрепляемую на стене первичную силовую катушку и закрепляемую на створке вторичную силовую катушку. В качестве проводящего магнитный поток тела между первичной силовой катушкой и вторичной силовой катушкой может служить палец петли.

Согласно изобретению, предусмотрен первичный силовой электронный блок, в котором предусмотрена возможность сохранения передаточной характеристики в виде функции мощности, получаемой во вторичной силовой катушке в зависимости от подаваемой в первичную силовую катушку первичной мощности. Кроме того, предусмотрено устройство для измерения тока, предназначенное для измерения первичного тока, протекающего через первичную силовую катушку, и подачи соответствующего измерительного значения в первичный силовой электронный блок. Наконец, предусмотрено устройство для оказания влияния на первичную мощность, которое предпочтительно может иметь импульсный стабилизатор и/или широтно-импульсный модулятор. На вторичной стороне предусмотрено устройство ограничения напряжения, с помощью которого ограничивается значение вторичного напряжения, генерируемое на основании индукции во вторичной силовой катушке, до заданного максимального значения напряжения.

Кроме того, может быть предусмотрен выпрямитель, преобразующий вторичное силовое напряжение, индуцированное во вторичной катушке, в постоянное напряжение.

Кроме того, первичный силовой электронный блок может содержать инвертор. В этом случае устройство пригодно для подключения к расположенному на стене источнику постоянного напряжения, например, к снабженному резервным аварийным электроснабжением выходу постоянного тока блока питания установки тревожной сигнализации.

Первичный силовой электронный блок для улучшения надежности работы может содержать фильтр низких частот для фильтрации помеховых частот.

Если в устройстве, согласно изобретению, первичная и вторичная силовые катушки должны служить также для двунаправленной передачи сигналов и данных, или же для этого имеются отдельные первая и вторая катушки, то за определенный интервал времени в первичную силовую катушку или первую катушку может подаваться, по меньшей мере один первый контрольный сигнал, и измеряться по меньшей мере один первый сигнал, индуцированный во вторичной силовой катушке или во второй катушке.

Кроме того, за указанный интервал времени во вторую катушку подается по меньшей мере один второй контрольный сигнал, и измеряется по меньшей мере один второй сигнал, индуцированный в первой катушке. Если при этой двунаправленной передаче сигналов одна катушка не нагружается по меньшей мере частью ожидаемых контрольных сигналов, или в катушках не измеряется по меньшей мере часть индуцированных сигналов, ожидаемых на основании контрольных сигналов, то генерируется сигнал тревоги и/или неисправности. Если он передается, например, в установку тревожной сигнализации для инициирования сигнала тревоги, то с помощью способа, согласно изобретению, существенно улучшается защита от саботажа. Однако сигнал тревоги и/или неисправности можно подавать в так называемое сторожевое устройство (Watchdog), с целью исключения инициирования ложной тревоги при возникновении технической неисправности.

Под первой и второй катушкой понимается в последующем в качестве альтернативы также первичная, соответственно, вторичная силовая катушка.

Испытания показали, что при двунаправленной передаче и измерении контрольных сигналов и индуцированных сигналов в отдельных случаях могут происходить искажения сигналов. Для исключения инициирования тревоги при таких искажениях, предпочтительно в течение определенного интервала времени первая и вторая катушка нагружаются каждая двумя контрольными сигналами. Сигнал неисправности создается лишь если оба контрольных сигналов или оба индуцированных вторых сигналов не подаются или не регистрируются. Другими словами, сигнал неисправности инициируется лишь тогда, когда два следующих друг за другом цикла контрольных сигналов идентифицируются как искаженные.

В особенно предпочтительном усовершенствованном варианте способа в первую или вторую катушку после генерирования индуцированного сигнала подается ответный контрольный сигнал, который в свою очередь генерирует индуцированный сигнал в соответственно другой катушке.

Интервал времени, в течение которого генерируются или регистрируются коррелированные друг с другом сигналы, составляет предпочтительно от 10 мс до 500 мс, особенно предпочтительно примерно 60 мс.

Контрольный сигнал и соответствующий ответный контрольный сигнал генерируются предпочтительно в течение интервала времени, составляющего от 20 мс до 100 мс, особенно предпочтительно примерно 40 мс.

Контрольный сигнал может быть в принципе любого вида, который обеспечивает возможность создания индуктивным образом сигнала в соответственно другой катушке. Однако особенно предпочтительно, когда контрольный сигнал, особенно предпочтительно также ответный контрольный сигнал, генерируются посредством модуляции несущего напряжения. Для этого можно использовать в принципе все известные способы модуляции сигналов. Однако особенно предпочтительно, когда для двунаправленной передачи несущее напряжение модулировано по амплитуде контрольным сигналом, а ответным контрольным сигналом модулировано по частоте. Контрольный сигнал предпочтительно генерируются на стороне створки, а ответный контрольный сигнал - предпочтительно на стороне стены.

Несущая частота несущего напряжения зависит от конструкции системы катушек. В случае системы катушек с корпусами и сердечниками, которые содержат ферриты MnZn, можно использовать, в зависимости от материала MnZn, несущие частоты от 20 кГц до 2 МГц. В принципе возможно также использование катушек с воздушным сердечником. В этом случае несущие частоты могут быть также выше.

Для улучшения защиты также от сложных способов саботажа, которые содержат, например, индуктивную связь катушки, сигнализирующей саботаж, с первой катушкой вместо предусмотренной на створке второй катушки, в усовершенствованном варианте способа предусмотрен запрос в течение определенного интервала времени значения расположенного на стороне створки контрольного резистора. Значение контрольного резистора может быть имитировано с помощью сигнальной группы, расположенной на стороне створки, и передаваться на первичную сторону в оцифрованном и переменно-кодированном виде. За счет этого создается дополнительное препятствие против саботажа, поскольку при индуктивной связи для отключения расположенной на стороне створки катушки необходимо знать также значение сопротивления и генерировать соответствующий сигнал.

Считываемое значение контрольного резистора можно передавать в первую катушку посредством модуляции приложенного ко второй катушке несущего напряжения, а затем сравнивать с заданным значением. В этом случае второй сигнал неисправности можно применять, например, для инициирования сигнала тревоги, когда полученное значение превышает определенную, еще допустимую величину разницы с опорным значением. Испытания показали, что для уменьшения опасности ложной тревоги в качестве порогового значения хорошо подходит величина разницы, составляющая примерно 40% от значения сопротивления.

Для значительного осложнения возможность саботажа даже в случае, когда лицу, планирующему совершить саботаж, известно также значение сопротивления, в первую катушку и вторую катушку предпочтительно подаются по меньшей мере кодированные контрольные сигналы и ответные контрольные сигналы.

Возможность декодирования третьими лицами дополнительно затрудняется, когда, что особенно предпочтительно, контрольный сигнал и ответный контрольный сигнал кодированы с помощью сменного кода.

Для дальнейшего повышения защиты от саботажа, способ может содержать этап взаимной аутентификации первичного электронного блока, электрически соединенного с первой катушкой, и вторичного электронного блока, соединенного со второй катушкой.

Устройство для выполнения указанного выше способа содержит предусмотренную на стене первую катушку, предусмотренную на створке вторую катушку, при этом первая и вторая катушки находятся в индуктивной связи друг с другом, и соединенный с первой катушкой первичный электронный блок, а также соединенный со второй катушкой вторичный электронный блок, при этом первичный и вторичный электронные блоки содержат средства для генерирования и регистрации контрольных сигналов и ответных контрольных сигналов.

Предпочтительно, вторичный электронный блок содержит средства для модуляции несущего напряжения контрольными сигналами, предпочтительно амплитудный модулятор. Первичный электронный блок предпочтительно также содержит средства для модуляции несущего напряжения ответными контрольными сигналами, предпочтительно частотный модулятор.

Кроме того, предпочтительно предусмотрены средства для аутентификации первичного и вторичного электронного блока.

Для исключения возможности доступа при закрытой створке к первичному и вторичному электронному блоку без разрушения, первичный и вторичный электронный блок имеют каждый соответствующий корпус, который пригоден для встраивания в рамный профиль или в профиль створки, в частности, в выемки профиля, на обращенных друг к другу при закрытой створке сторонах.

Для исключения, с одной стороны, помех за счет внешних электромагнитных полей для первичного или вторичного блока электроники и, с другой стороны, для предотвращения выхода из корпусов электромагнитного излучения, они предпочтительно выполнены экранированными.

Для предотвращения перегрева предусмотренных в корпусах электронных конструктивных элементов, которые регулярно сами выделяют определенное тепло, корпуса предпочтительно выполнены из теплопроводного материала, а для упрощения изготовления особенно предпочтительно из теплопроводной пластмассы.

Кроме того, первичный электронный блок и вторичный электронный блок предпочтительно содержат модемы для восьмибитового кодирования и декодирования подлежащих передаче сигналов и контрольных сигналов. С помощью этих модемов можно также модулировать и передавать помехоустойчивым образом аналоговые сигналы, передаваемые устройствами и датчиками, предусмотренными, например, на створке. Кроме того, первичный и вторичный электронный блок могут содержать систему шин, к которой могут быть подключены несколько датчиков. В этом случае передачу измерительных значений, получаемых с помощью датчиков, или рабочих состояний можно осуществлять последовательно после модуляции и демодуляции, например, с применением протоколов, которые могут соответствовать, например, стандарту RS 485.

Ниже приводится более подробное пояснение изобретения на основе примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:

фиг. 1 - устройство, согласно изобретению, с частично разнесенными деталями петли и створки, с первичным и вторичным электронными блоками, в изометрической проекции;

фиг. 2 - система, согласно фиг. 1, в режиме размещения на профиле рамы и профиле створке, которая соединена с рамой с возможностью шарнирного поворота вокруг шарнирной оси;

фиг. 3 - блок-схема этого устройства;

фиг. 4 - блок-схема расположенного на стороне рамы первичного электронного блока этого устройства;

фиг. 5 - блок-схема расположенного на стороне створки вторичного электронного блока этого устройства;

фиг. 6 - продольный разрез по шарнирной оси S другого примера выполнения устройства, согласно изобретению, которое одновременно выполняет функцию обычной петли;

фиг. 7 - створочная деталь петли этого примера выполнения с предусмотренными в рамочной части петли катушками, в изометрической проекции;

фиг. 8 - блок-схема расположенного на стороне рамы первичного силового электронного блока этого примера выполнения; и

фиг. 9 - блок-схема расположенного на стороне створки вторичного силового электронного блока этого примера выполнения.

Устройство, обозначенное на фигурах в целом позицией 100, выполнено в соответствии с так называемой трехзвенной петлей. Оно может при необходимости одновременно выполнять опорную шарнирную функцию и тем самым заменять обычную петлю. Или же оно служит лишь для бесконтактной передачи электрической энергии и/или электрических сигналов и предусмотрено дополнительно к обычным петлям в системе створка/петля.

Устройство 100 содержит деталь 1 петли, которая предназначена для крепления на неподвижной раме R. Она имеет две шарнирные части 2, 2', которые расположены на расстоянии друг от друга в продольном направлении шарнирной оси S на промежуток 3.

Между верхней шарнирной частью 2 и нижней шарнирной частью 2' в промежутке 3 расположена шарнирная деталь 4 створочной части 5, которая в показанном на чертеже примере выполнения установлена на створочной раме F. Для крепления деталь 1 петли содержит крепежные детали 6, 6' петли, створочная часть 5 - створочную крепежную деталь 7.

Шарнирная ось S задана пронизывающим шарнирные части 2, 2' и 4 пальцем 8 петли, который проходит известным образом через шарнирные части в гнездах для пальца петли, которые для наглядности не изображены на чертеже.

В верхней шарнирной части 2 детали 1 петли предусмотрена первая электрическая катушка 19, нагружаемая, пружинным усилием спиральной пружины 18, действующим согласно фиг. 1 в направлении вниз. Катушка 19 соединена с помощью по меньшей мере двухжильного, предпочтительно экранированного электрического провода 17 с первичным электронным блоком РЕ.

В шарнирную часть 4 створочной части 5 установлена вторая электрическая катушка 20, на которую воздействует пружинное усилие спиральной пружины 21, действующим согласно фиг. 1 в направлении вверх. Первая и вторая катушки прилегают друг к другу под действием спиральных пружин 18, 21.

Вторая катушка 20 соединена с вторичным электронным блоком SE с помощью по меньшей мере двухжильного, предпочтительно экранированного электрического провода 22.

Первичный электронный блок РЕ (см. фиг. 4) имеет первичный процессор 38 с входом 40, который служит для подключения к источнику 41 электроснабжения через импульсный стабилизатор 54, который преобразует напряжение, подаваемое источником электроснабжения, в рабочее напряжение первичного процессора. Источником может быть, как показано на фиг. 3, снабженный резервным аварийным электроснабжением выход сетевого блока 42 питания установки 43 тревожной сигнализации. Он обеспечивает питающее постоянное напряжение, например, 13,8 В. Первичный электронный блок РЕ содержит инвертор 52, который преобразует входное постоянное напряжение в подходящее для подачи в первую катушку 19 переменное напряжение, составляющее, например, 12 В с несущей частотой 40 кГц.

Первичный процессор 38 имеет выводы 44а, 44b, на которые подаются, например, сигналы контролирования открывания, взлома, закрывания и саботажа, а также управляющие сигналы, например, для приведения в действие блокировки установки GMA тревожной сигнализации. Эти управляющие сигналы преобразуются в первичном электронном блоке с помощью системы шин с использованием, например, стандарта RS 485, в последовательные пакеты данных.

Первичный процессор 38 содержит также сторожевое устройство (Watchdog), которое контролирует функции первичного и вторичного электронных блоков, а также подключенных к ним компонентов и систем. В случае распознавания неисправности, это сигнализируется в установку тревожной сигнализации, с целью предотвращения инициирования ложной тревоги при возникновении неисправности. Кроме того, сторожевое устройство может инициировать программные команды первичного процессора 38 для устранения проблемы.

Кроме того, первичный электронный блок РЕ содержит модулятор 53, с помощью которого несущая частота модулируется передаваемыми пакетами данных. Модулированное несущее напряжение приложено к выводу 45 и по электрическому проводу 17 подается на первую катушку 19.

Во второй катушке 20 индуцируется вторичное напряжение и по проводу 22 подается на вывод 46 вторичного электронного блока SE. Он содержит демодулятор 55, который демодулирует модулированное сигналами вторичное напряжение и подает сигналы, например, контролирования открывания, взлома, закрывания или саботажа во вторичный процессор 39. С вторичным процессором через входные и выходные линии соединены датчики и устройства для запроса состояния и для приведения в действие.

Вторичный процессор 39 соединен с источником 47 электроснабжения, который подает, например, постоянное напряжение 12В на вход 48. Таким образом, электроснабжение вторичного электронного блока осуществляется с помощью питающего напряжения, индуктивно генерируемого во вторичной катушке.

Кроме того, вторичный электронный блок SE содержит в свою очередь модулятор 56, который преобразует сигналы, подаваемые датчиками указанных выше устройств контролирования через выводы 49, в последовательные пакеты данных соответствующим первичному электронному блоку РЕ образом. Модулированное таким образом несущее напряжение подается по проводу 22 на вторую катушку 20. Переменное напряжение, индуцированное за счет этого в первой катушке 19, подается по проводу 17 в первичный электронный блок РЕ и демодулируется демодулятором 57, а также подается через выводы 44 в установку GMA тревожной сигнализации.

Для обеспечения возможно более помехоустойчивой и с малыми потерями передачи сигналов, данные, подлежащие передаче с первичной стороны на вторичную сторону, модулируются по частоте, данные, подлежащие передаче с вторичной стороны на первичную сторону, модулируются по амплитуде.

Созданная тем самым двунаправленная передача данных осуществляется с разрешением 8 бит и со скоростью передачи, например, 9600 бод.

Для улучшения защиты от саботажа, из вторичного электронного блока SE за интервал времени 200 мс передается пакет контрольного сигнала по проводам 22 и 17, а также через вторую и первую катушки 20 и 19 в первичный электронный блок РЕ. Он квитирует прием пакета контрольного сигнала посредством передачи ответного пакета контрольного сигнала во вторичный электронный блок SE внутри интервала времени 40 мс. Если вторичный электронный блок SE не принимает в течение этого интервала времени ответный контрольный сигнал, то в первичный электронный блок еще раз передается пакет контрольного сигнала. Если первичный электронный блок Ре не принимает в течение интервала времени 200 мс пакет контрольного сигнала от вторичного электронного блока SE, то генерируется сигнал неисправности. Это относится также к случаю, когда два следующих друг за другом пакета контрольного сигнала были искажены.

Для дальнейшего улучшения защиты от саботажа, на стороне створки имитируется и запрашивается вторичным электронным блоком SE контрольное сопротивление, и сравнивается с эталонным сопротивлением, хранящимся во вторичным электронном блоке. Если переданное измерительное значение отклоняется предпочтительно на 40% от заданного значения, то это оценивается как указание на попытку саботажа. Результат этого сравнения передается в первичный электронный блок Ре в течение этого интервала времени.

Для дальнейшего улучшения надежности пакеты контрольного сигнала и ответного контрольного сигнала кодируются с помощью сменного кода, который может быть декодирован соответствующим принимающим первичным электронным блоком РЕ, соответственно, вторичным электронным блоком SE.

На выходе 44 генерируется соответствующий сигнал.

Первичный электронный блок РЕ и вторичный электронный блок SE размещены в механически прочных, хорошо теплопроводящих корпусах 50, 51, которые показаны на фиг. 2 лишь схематично.

Корпус 50 первичного электронного блока РЕ встроен в расположенный на стороне стены профиль рамы, корпус 51 вторичного электронного блока SE - в профиль створки. Установка осуществляется, как показано на фиг. 2, с тех сторон профилей, которые при закрытой створке обращены друг к другу. За счет этого корпуса 50, 51 не видны снаружи и могут быть защищены от манипулирования с помощью противосаботажного контакта, который при попытке извлечения генерирует сигнал тревоги и/или неисправности.

Для дальнейшего улучшения защиты от саботажа, как первичный электронный блок РЕ, так и вторичный электронный блок SE снабжены средствами для взаимной аутентификации, так что незаметная подмена первичного или вторичного электронного блока РЕ, SE предварительно манипулированной электроникой по меньшей мере существенно затрудняется.

Для дальнейшего улучшения защиты от саботажа корпуса электронных блоков снабжены датчиками крышки и/или поднимания. Если они обнаруживают открывание и/или поднимание, то это оценивается как попытка саботажа, и на выходе 44 генерируется соответствующий сигнал.

Приведенное выше описание примера выполнения устройства, согласно изобретению, служит в первую очередь для пояснения передачи сигналов. Необходимая для работы вторичного электронного блока электрическая мощность также индуцируется индуктивно во вторичной катушке. Однако для приведения в действие расположенных на вторичной стороне устройств требуется более высокие электрические мощности, чем мощности, индуцируемые с помощью первичной катушки во вторичной катушке при осуществлении передачи сигналов. В этом случае необходимо отдельное снабжение электрической мощностью для приведения в действие устройств, расположенных на вторичной стороне.

Это снабжение электрической мощностью осуществляется в примере выполнения устройства, показанном на фиг. 6 и далее обозначаемое в целом позицией 200, также с помощью индуктивной связи. Это устройство 200 выполнено в виде так называемой трехзвенной петли. Оно содержит рамную деталь 101 петли, которая образует деталь 102 петли устройства 200 и которая служит для крепления на неподвижной стене W, или соответственно, на неподвижной раме. Рамная деталь 101 петли имеет две шарнирные части 103, 104, которые расположены на расстоянии друг от друга в продольном направлении шарнирной оси S на промежуток 105.

Между верхней шарнирной частью 103 и нижней шарнирной частью 104 в промежутке 105 расположена шарнирная часть 106 створочной детали 107 петли, которая в показанном на чертеже примере выполнения образует закрепляемую на створке F створочную часть 108.

Шарнирная ось S задана пальцем 112 петли, проходящим через шарнирные части 103, 104 и 106 в гнездах 109, 110 и 111 пальца петли. Он установлен в гнездах 109, 111 пальца петли шарнирных частей 103, 104 рамной петлевой детали 101 с возможностью юстировки известным образом перпендикулярно шарнирной оси S с помощью опорных втулок 113, 114, которые выполнены из пластмассового материала.

Для опоры пальца 112 петли в гнезде 110 створной шарнирной части 106 служит опорная втулка 115, которая в свою очередь выполнена из пластмассового подшипникового материала.

Опорная втулка 113 верхней рамной шарнирной части 103 имеет на своей обращенной к створочной шарнирной части 106 зоне ротационно-симметричную вокруг шарнирной оси S выемку 116, в которую вставлена электрическая первичная силовая катушка 117. Она соединена с помощью двух электрических соединительных кабелей 118 с источником 119 силового напряжения (см. фиг. 3).

Опорная втулка 115 створочной шарнирной части 106 содержит на обращенной к первичной катушке 117 стороне также выемку 121, которая выполнена в соответствии с первичной катушкой 117.

Вторичная катушка 121 установлена в выемке 120 с возможностью сдвига в направлении шарнирной оси S и опирается посредством пружинного элемента 122 на дно 123 выемки 120, так что обращенные друг к другу торцевые стороны 124, 125 первичной и вторичной катушек 117, 121 прилегают друг к другу.

Первичная и вторичная катушки 117, 121 имеют наружный диаметр, который почти соответствует внутреннему диаметру гнезд 113, 115 для пальца. За счет этого площадь поперечного сечения первичной и вторичной катушки 117, заданная размерами рамной шарнирной части 103 и створочной шарнирной части 106, 121 используется наилучшим образом, с целью максимизации электрической мощности, передаваемой индуктивно с первичной катушки 117 во вторичную катушку 121.

Для улучшения связи первичной и вторичной катушки 117, 121, палец 112 петли имеет по длине, на которой он перекрыт первичной и вторичной катушкой 117, 121, сужение 126. В этом сужении установлен сердечник 141 в виде втулки, содержащий две полусферы из спеченного ферритового материала, например, на основе порошка марганцево-цинкового феррита. Таким образом, палец 112 петли, содержащий сердечник 141 втулки, служит в качестве проводника магнитного потока.

В противоположной вторичной катушке 121 зоне створочной шарнирной части 106 в опорной втулке 115 выполнена другая выемка 127, симметричная шарнирной оси S. Она служит для размещения катушки 128 для передачи сигналов, которая называется также второй катушкой. Катушка 128 для передачи сигналов размещена в свою очередь с возможностью сдвига в направлении шарнирной оси S в выемке 127 и опирается на ее дно 129 с помощью пружинного элемента 130.

Противоположной пружинному элементу торцевой стороной 131 катушка 128 для передачи сигналов прилегает к торцевой стороне 132 другой, установленной в соответствующей выемке 133 катушки 134 для передачи сигналов, называемой также первой катушкой. Катушка 134 для передачи сигналов соединена с помощью соединительных кабелей 135 с первичным электронным блоком РЕ (см. фиг. 3). Принцип действия и выполнение катушек для передачи сигналов и первичного и вторичного электронных блоков соответствуют поясненным применительно к устройству 100.

Между нижней рамной шарнирной частью 104 и створочной шарнирной частью 106 предусмотрены шайбы 137, 138 скольжения, с целью уменьшения износа, вызываемого поворотным движением петли.

Как показано, в частности, на фиг. 6 и 7, катушки 128, 134 для передачи сигналов имеют значительно меньшие размеры, чем первичная и вторичная силовые катушки 117, 121, поскольку для передачи сигналов достаточны небольшие объемы катушек. Также втулка 139, предусмотренная в зоне перекрытия катушек 128, 134 для передачи сигналов снова в сужении 140 пальца 112 петли, выполнена из двух полусфер из спеченного ферритового материала, например, на основе порошка из марганцево-цинкового феррита и имеет значительно меньшую толщину стенки, чем сердечник 141 втулки, так что в целом зона катушек пригодна для передачи больших механических сил между стеной, или соответственно, рамой и створкой, чем зона первичной и вторичной катушек 117, 121. Таким образом, выполнение устройства 200 с двумя отдельными парами катушек для передачи мощности и сигналов имеет самостоятельное изобретательское значение.

На выходе силового напряжения установки тревожной сигнализации генерируется силовое постоянное напряжение 12В или 24 В. Оно подается на импульсный стабилизатор 145, который преобразует это напряжение в питающее напряжение, подходящее для генерирования требуемого вторичного силового напряжения. Его значение лежит между 12В и 48 В. За импульсным стабилизатором 145 включен инвертор 148, который соединен также с первичным силовым процессором 146. Инвертор преобразует выходное напряжение импульсного стабилизатора 145 в подходящее для подачи в первичную катушку 117, предпочтительно прямоугольное переменное напряжение, которое в показанном примере выполнения составляет 12-22 В при частоте 40 кГц и через включатель/выключатель 155 подается в первичную силовую катушку 117. Во вторичной силовой катушке 121, без учета передаточных потерь и фазовых сдвигов, индуцируется примерно соответствующее вторичное силовое напряжение, которое с помощью кабелей 142 (называемых также проводами) подается на вторичный электронный блок SE (см. фиг. 3). Для обеспечения возможности изменения индуцированной во вторичной силовой катушке 121 мощности, как показано на фиг. 8, значение первичного силового напряжения могут изменяться за четыре ступени, а значение ширины импульсов бесступенчато. Ток, проходящий через первичную силовую катушку, измеряется с помощью устройства 157 измерения тока, и измеренное значение подается в первичный силовой процессор 146. Он содержит память данных, в которой хранится передаточная характеристика, то есть зависимость содержащейся во вторичной катушке мощности от подаваемой в первичную силовую катушку мощности, и из которой можно запрашивать значение вторичной мощности, относящееся к определенному значению первичной мощности, и наоборот.

Вторичное силовое напряжение лежит на входе 150 выпрямителя 149, который на своем выходе 151 генерирует силовое постоянное напряжение для приведения в действие устройства, предусмотренного на вторичной стороне в створке или на створке (см. фиг. 9). После выпрямителя включено устройство 158 ограничения напряжения, который ограничивает напряжение, индуцированное во вторичной силовой катушке, до максимального напряжения, заданного включенным за ним потребителем.

На основании хранящейся в памяти передаточной характеристики, которая определяется, например, экспериментально посредством ряда измерений на устройстве, известно, какое напряжение необходимо подавать на первичную силовую катушку 117 для получения определенной мощности от вторичной силовой катушки 121. Ток, проходящий через первичную силовую катушку 117, измеряется с помощью устройства 157 для измерения тока, и значение измерения подается в первичный силовой процессор 146. Он с помощью хранящихся в памяти данных определяет вторичную мощность, относящуюся к измеренному значению тока и к известному первичному напряжению.

Если вторичная мощность не требуется, то есть вторичный контур тока разомкнут, то на первичной стороне измеряется лишь ток утечки. На основании хранящейся в памяти передаточной характеристики известно напряжение, лежащее на вторичном выходе. Когда на вторичной стороне увеличивается потребность в мощности, то это приводит к увеличению первичного тока. В этом случае первичный силовой процессор 146 управляет инвертором 148 так, что передается максимальная мощность. Таким образом, на вторичной стороне сразу же при включении имеется в распоряжении максимальная мощность, за счет чего предотвращаются задержки пуска, например, сервоприводов. Максимальное вторичное напряжение генерируется посредством повышения первичного напряжения до максимального значения и установки максимальной ширины импульсов. На вторичной стороне значения напряжения, которые для соответствующих потребителей являются возможно слишком высокими, блокируются с помощью устройства 158 ограничения напряжения. На вторичной стороне и тем самым на первичной стороне протекает в этом случае лишь ток, который действительно требуется для потребителя на вторичной стороне. Посредством измерения первичного тока с помощью устройства 155 первичного тока, первичный силовой процессор 146 понижает мощность за счет уменьшения первичного напряжения и/или ширины импульсов настолько, пока на вторичном выходе не будет установлена вторичная мощность, необходимая для потребителя в соответствии с хранящейся в памяти передаточной характеристикой.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

100 Устройство

1 Деталь петли

2, 2' Шарнирные части

3 Промежуток

4 Шарнирная часть

5 Створочная часть

6, 6' Крепежные детали на стене

7 Створочная крепежная деталь

8 Палец петли

17 Электрический провод

18 Спиральная пружина

19 Первая катушка

20 Вторая катушка

21 Спиральная пружина

22 Электрический провод

38 Первичный процессор

39 Вторичный процессор

40 Вход

41 Источник электроснабжения

42 Блок питания от сети

43 Установка тревожной сигнализации

44 Выводы

45 Вывод

46 Вывод

47 Источник электроснабжения

48 Вход

49 Выводы

50 Корпус

51 Корпус

52 Инвертор

53 Модулятор

54 Импульсный стабилизатор

55 Демодулятор

56 Модулятор

57 Демодулятор

F Рама створки

R Рама

S Шарнирная ось

PE Первичный электронный блок

GMA Установка тревожной сигнализации

SE Вторичный электронный блок

200 Устройство

101 Рамная деталь петли

102 Деталь петли

103 Шарнирная часть

104 Шарнирная часть

105 Промежуток

106 Шарнирная часть

107 Створочная деталь петли

108 Створочная часть

109 Гнездо для пальца

110 Гнездо для пальца

111 Гнездо для пальца

112 Палец петли

113 Опорная втулка

114 Опорная втулка

115 Опорная втулка

116 Выемка

117 Первичная силовая катушка

118 Соединительный кабель

119 Источник силового напряжения

120 Выемка

121 Вторичная силовая катушка

122 Пружинный элемент

123 Дно

124 Торцевая сторона

125 Торцевая сторона

126 Сужение

127 Выемка

128 Передающая сигналы катушка

129 Дно

130 Пружинный элемент

131 Торцевая сторона

132 Торцевая сторона

133 Выемка

135 Катушка для передачи сигналов

135 Соединительный кабель

137 Шайба скольжения

138 Шайба скольжения

139 Втулка

140 Сужение

141 Втулка

142 Кабель

144 Кабель

145 Импульсный стабилизатор

146 Первичный силовой процессор

148 Инвертор

149 Выпрямитель

150 Вход

151 Выход

155 Переключатель

157 Устройство измерения тока

158 Устройство ограничения напряжения

F Створка

S Шарнирная ось

U Датчики и устройства

W Стена

WD Сторожевое устройство

PLE Первичный электронный блок

SLE Вторичный электронный блок

Изобретение относится к области электротехники. Способ и устройство для бесконтактной передачи электрической энергии между стеной и створкой, шарнирно закрепленной на этой стене с возможностью поворота вокруг шарнирной оси, в котором предусмотрена закрепленная на стене первичная силовая катушка (117) и закрепленная на створке вторичная силовая катушка (121), при этом предусмотрен первичный силовой электронный блок, в котором предусмотрена возможность хранения передаточной характеристики в виде функции мощности, получаемой на вторичной силовой катушке (121) в зависимости от первичной мощности, подаваемой в первичную силовую катушку. Технический результат - повышение быстродействия. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ бесконтактной передачи электрической энергии между стеной (W) и створкой (F), шарнирно закрепленной на этой стене (W) с возможностью поворота вокруг шарнирной оси (S), в котором предусмотрена первичная силовая катушка (117), закрепленная на стене (W), и вторичная силовая катушка (121), закрепленная на створке (F), которые находятся в индуктивной связи, отличающийся тем, что
измеряют электрический первичный ток, протекающий в первичной силовой катушке (117), и подают измеренное значение в первичный силовой электронный блок (PLE), в котором хранится передаточная характеристика, согласно которой мощность, получаемая на вторичной силовой катушке (121), сохраняют в виде функции первичной мощности, подаваемой в первичную силовую катушку (117),
при увеличении первичного тока первичную силовую катушку (117) нагружают максимально предусмотренной мощностью,
индуцированное во вторичной силовой катушке (121) вторичное силовое напряжение ограничивают до заданного максимального значения, и
на основании измеренного первичного тока уменьшают мощность, которой нагружают первичную силовую катушку (117), настолько, пока в соответствии с передаточной характеристикой, сохраненной в первичном силовом электронном блоке (PLE), во вторичной силовой катушке не будет индуцирована требуемая мощность.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменение мощности, которой нагружают первичную силовую катушку, осуществляют посредством изменения первичного напряжения и посредством изменения ширины импульсов первичного напряжения, предпочтительно образованного в виде прямоугольного переменного напряжения.

3. Устройство (200) для бесконтактной передачи электрической энергии между стеной (W) и створкой (F), закрепленной на этой стене (W) с возможностью поворота вокруг шарнирной оси (S), содержащее закрепляемую на стене первичную силовую катушку (117) и закрепляемую на створке вторичную силовую катушку (121), отличающееся тем, что
устройство (200) содержит первичный силовой электронный блок (PLE), в котором предусмотрена возможность сохранения передаточной характеристики в виде функции мощности, получаемой во вторичной силовой катушке (121), в зависимости от первичной мощности, подаваемой в первичную силовую катушку,
устройство (157) для измерения тока, предназначенное для измерения проходящего через первичную силовую катушку (117) первичного тока и подачи измерительного значения в первичный силовой электронный блок (PLE),
устройство для оказания влияния на первичную мощность, подаваемую в первичную силовую катушку, и
устройство (158) ограничения напряжения, с помощью которого значение вторичного напряжения, генерируемое на основании индукции во вторичной силовой катушке (121), ограничивается до заданного максимального значения напряжения.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что устройство для оказания влияния на первичную мощность содержит импульсный стабилизатор (145) и/или инвертор (148), имеющий широтно-импульсный модулятор.

5. Устройство по любому из пп.3 или 4, отличающееся тем, что предусмотрен выпрямитель (149), преобразующий вторичное силовое напряжение, индуцированное во вторичной силовой катушке (121), в постоянное напряжение.