CN113260826A - 无线束制冰机*** - Google Patents

Abstract

制冰机(10)通过使用邻近的次级线圈(36)和初级线圈(42)能够被安装而无需电线束，次级线圈(36)和初级线圈(42)通过穿过冷冻柜壁(26)的振荡磁场传递电能。数据信号可以叠加在电能上以允许制冰机(10)控制冷冻柜外部的阀(90)。

Description

无线束制冰机***

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月17日提交的美国临时申请62/719，327和于2019年8月14日提交的美国非临时申请16/540，821的权益，在此通过引用将其全部并入本文。

技术领域

本发明涉及用于家用冰箱等的制冰机，尤其涉及一种制冰机，该制冰机不需要线束刺穿冷冻室的隔热壁。

背景技术

家用冰箱通常包括位于冷冻室中的自动制冰机。

典型的制冰机提供制冰盒，该制冰盒被定位成接收来自电控阀的水，该电控阀可打开预定时间以填充制冰盒。使水冷却直至确保形成冰为止。此时，例如通过扭转和倒置制冰盒、加热制冰盒或将冰块推出制冰盒的梳子，将冰从制冰盒收集到位于制冰盒下方的冰筒中。冰筒中的冰量可以通过吊环臂来确定，该吊环臂周期性地下降到冰筒中以检查冰的水平。如果吊环臂在其下降中被高水平的冰阻塞，则检测到该阻塞并且停止制冰。

制冰机中包括的用于使制冰盒倒置和扭转或旋转除冰梳子的制冰机电动机的功率，和/或用于操作电阻加热器的功率，通常由穿过冷冻室的壁的线束提供，例如向冷冻室中的制冰机输送大约120伏交流电的线路电压。在制造期间，线束的一端可以通过冷冻室壁中的开口被钓起，然后通过可释放的连接器***附接到制冰机。连接器必须被屏蔽以防止可能的水溅入以及与用户的接触，并且因此经常包括装配在两个连接器半部上的单独的护罩。冷冻室壁中线束穿过的孔必须足够大以用于连接器，但必须例如用垫圈和粘合剂密封以防止湿气进入和冷藏空气逸出。

发明内容

本发明人已经认识到，制冰机所需的功率可通过从冷冻室外部的初级线圈传输的磁力来输送，该初级线圈与安全地密封在壳体内的对应的次级线圈连通而不会破坏冰箱壁。以这种方式，可以获得用于排出冰块以及可选地加热冰模以释放冰块所需的能量，而不需要昂贵且笨重的线束及其相关制造步骤。此外，消除线束连接器减少了消费者潜在暴露于通过溢出的液体或连接器的意外断开传导的功率。

具体地，本发明提供了一种制冰设备，该制冰设备具有壳体，该壳体具有侧壁，该侧壁适于定位成邻近冷冻柜壁。定位在壳体内的电动机通过穿过壳体的前壁暴露的可旋转轴连通。冰模可定位成邻近壳体并且提供用于将水模制为冰块的多个凹穴。逻辑电路控制从用水填充冰模到冰块冻结后排出冰块的整个制冰过程。这通过控制电动机和可旋转轴以及水阀并通过使用时间和冰模温度的算法来实现。次级线圈由侧壁上的壳体支撑，以接收来自通过冷冻柜壁的振荡磁场的电能，并且整流电路将所接收的电能转换为供给逻辑电路和电动机的电压。

因此，本发明的至少一个实施例的特征是大大简化了制冰机的安装，同时提高了电安全性并减少了组装时间。

逻辑电路可以进一步连接至次级线圈以用于经由次级线圈传送控制信号，以控制使用制冰机的制冰步骤的顺序。

因此，本发明的至少一个实施例的特征在于不仅消除了电源线，而且还消除了阀控制线，该阀控制线通常需要返回到冷冻室壁中以控制冷冻室外部的被保护免于冻结的阀。本发明的至少一个实施例的另一个特征是对功率和数据通信两者使用相同的感应耦合路径。

逻辑电路可以确定冰模的填充时间并且与次级线圈进行通信以无线地传输阀控制信号，该阀控制信号可由定位在冷冻柜壁后面的初级线圈接收以控制水阀。

因此，本发明的至少一个实施例的特征是在填充时间提供制冰机控制，例如，在采用填充水平感测时是有用的。

可以在具有比控制信号的传输的第二频率范围低至少10倍的基频的第一频率范围接收由次级线圈接收的电能。

因此，本发明的至少一个实施例的特征是提供数据和功率的不同频域，从而允许在相反的方向上同时传输它们。

制冰设备可以包括用于将接收到的电能与控制信号隔离的高通滤波器。

因此，本发明的至少一个实施例的特征是提供用于提取数据通信的简单电路。

控制信号可以是数字编码的。

因此，本发明的至少一个实施例的特征是提供抗电干扰的鲁棒性通信，该电干扰可能在无线功率信道上由于例如来自电动机的功率传输和负载波动而发生。

壳体可以是聚合物材料并且线圈可以被密封在壳体内。

因此，本发明的至少一个实施例的特征在于，与柔性的、可移除的线束护套相反，通过壳体的坚固封装将电导体与冷冻室隔离。

当壳体被安装到冷冻柜壁时，次级线圈可以提供缠绕在垂直于冷冻柜壁的轴线周围的多匝导线。

因此，本发明的至少一个实施例的特征是通过优化次级线圈的定向和构造来最大化通过冷冻室壁的功率传输。

制冰设备可以包括多个紧固件，这些紧固件被定位在侧壁上并且沿着侧壁的平面分离以通过冷冻柜壁支撑壳体。

因此，本发明的至少一个实施例的特征是提供制冰机至侧壁的简单机械连接，该侧壁同时操作以将功率连接至制冰机。

冰模可以进一步包括加热器元件，并且供给逻辑电路和电动机的电压也可以在由逻辑电路控制的情况下供给加热器元件。

因此，本发明的至少一个实施例的特征在于，通过提供非机械排冰机构来降低峰值功率需求，该非机械排冰机构易于由来自感应耦合的功率通过次级线圈来调节。

制冰设备可以进一步包括初级线圈，该初级线圈由冷冻柜壁支撑并且提供振荡电磁场以用于当壳体附接到冷冻柜壁时由次级线圈接收。初级线圈可以被附接至驱动器电路，该驱动器电路根据由次级线圈放置在初级线圈上的负载来控制到初级线圈的功率。

因此，本发明的至少一个实施例的特征在于，通过根据制冰机的需求智能地控制功率传输，为感应耦合提供改进的能量效率，例如减少线圈加热等。

振荡电磁场可以是窄带信号。

因此，本发明的至少一个实施例的特征是使线圈的电阻加热最小化，同时使功率传输最大化。

制冰设备可以进一步包括位于冷冻柜外部的水阀，并且初级线圈由驱动器电路控制，该驱动器电路对来自次级线圈的数字信号进行解码以激活水阀。

因此，本发明的至少一个实施例的特征是通过向制冰机提供功率的相同线圈来提供水阀控制信号的解码。

通过阅读下面的详细描述、权利要求和附图，本发明的其他特征和优点对于本领域的技术人员将变得显而易见，在附图中，相同的数字用于表示相同的特征。

附图说明

图1是制冰机的分解透视图，该制冰机提供可由电动机单元旋转的制冰盒，用于将冰块排出到接收筒中，并且示出了冷冻室壁的外部的初级线圈与电动机单元壳体内部的次级线圈连通的位置；

图2是由图1的初级线圈和次级线圈提供的无线功率传输***的主要部件的示意图；

图3是图1的初级线圈和次级线圈的简化图，示出了为数据和功率通信产生的复合信号；

图4是由制冰机的控制器电路执行的程序的流程图。

在详细解释本发明的实施例之前，应当理解，本发明在其应用方面不限于在以下描述中阐述的或在附图中图示的部件的构造和布置的细节。本发明能够具有其他实施例并且能够以各种方式实践或执行。此外，应当理解，本文使用的措辞和术语是出于描述的目的，而不应被认为是限制性的。“包括”和“包含”及其变型的使用意味着涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加的项目及其等同物。

具体实施方式

现在参考图1，制冰机10可包括具有多个凹穴13的冰模12，凹穴13用于接收水并将水模制为任意形状的冰块(未示出)。冰模12可以被定位成邻近驱动壳体14，该驱动壳体暴露连接到冰模12上的可旋转轴16的一端。驱动壳体14内的可旋转轴16的另一端与驱动壳体14内的电动机(图1中未示出)连通，以使冰模12在允许冰模12被水填满的第一位置(如图1所示)和围绕轴16的旋转轴线20旋转180度的第二位置(未示出)之间旋转，使得冰模12倒置以将冰块排放到下收集筒22中。电动机可以是直流永磁电动机、步进电动机或本领域公知的其他电动机。

驱动壳体14内的机构操作吊环臂25，吊环臂25可下降到下收集筒22中以根据本领域公知的方法检查冰的水平，例如，如题为“具有双位置吊环臂的采冰驱动机构”的美国专利申请第13/288，443中所述，该专利被转让给本申请的受让人并通过全文引入并入本文。

驱动壳体14具有侧壁24，该侧壁可以附接到对应的冷冻柜侧壁26，该冷冻柜侧壁大体垂直地延伸至标准冰箱的冷冻室28的一侧。侧壁26可以包括安装点30，该安装点接收穿过安装点33的螺纹紧固件32以被侧壁26中的对准孔34接收，使得螺纹紧固件32可以将侧壁24固定在侧壁26附近。应当理解，可以以这种能力使用各种其他附接机构，包括但不限于铆钉、塑料倒钩紧固件、粘合剂等。

这样附接的驱动壳体14将次级线圈36定位成紧靠侧壁26，该次级线圈被保持在壳体14的体积内，并且具有基本上垂直于侧壁24和26的接触宽面的缠绕轴线38。缠绕轴线38描述了这样的轴线，多匝铜导体围绕该轴线缠绕成环以形成次级线圈36。通常，次级线圈36与功率处理模块连通，功率处理模块具有也位于壳体14内的功率处理电路40，这将在下面讨论。

初级线圈42可以相对于冷冻室28定位在侧壁26的外部，并且可以具有轴线44，多匝铜导体(优选地为利兹线)围绕该轴线缠绕以形成初级线圈42。轴线44也大体垂直于侧壁26和侧壁24的宽接触面并且与轴线38对准。通常，次级线圈36和初级线圈42都将具有直径大于一英寸的可比较面积。在一个实施例中，次级线圈36和初级线圈42中的每一个可以通过粘合剂等附接到对应的侧壁24和26，并且将被封装或覆盖以防止与冷冻室内的液体或材料直接接触。次级线圈36和初级线圈42可以分隔相对短的距离(例如，相隔半英寸)，但是期望的是尽可能靠近，同时允许由侧壁26和侧壁24提供期望的电隔离。

初级线圈42与功率处理电路50连通，功率处理电路50可以通过导体52以大约120伏交流电或可替代地从冰箱中可用的内部24伏交流电源接收线路功率。通常，初级线圈42与冷冻室28完全隔离，而次级线圈36通过侧壁26的绝缘材料与冷冻室28隔离，并且另外由壳体14保护和覆盖。

供水管线59也可以穿过侧壁26，并由壳体48的内部通道接收，并输送到输水喷嘴65，用于当冰模12处于如图1所示的第一位置(或竖直“填充”位置)时填充冰模12。

现在还参考图2，通常初级线圈42将由高功率正弦波振荡器56驱动，该高功率正弦波振荡器是产生窄带宽交流电功率波形43(图3中所示)的功率处理电路50的一部分，例如，使用调谐或谐振电路以将能量集中在单个窄频带中。在一个实施例中，振荡频率将基本上高于线路电流(即，60Hz)或整流线路电流(例如，120Hz)的振荡频率，并且可以是例如350至700kHz，以提供更有效的传输。这种较高的频率还允许使用更小的电容器进行滤波，如将在元件70中所讨论的。

正弦波振荡器56由负载感测电路58控制，负载感测电路感测表示制冰机10消耗的功率的初级线圈42上的负载。负载感测电路58操作以在制冰机10的低负载或低功耗期间减小到初级线圈42的驱动电流，以减小电阻损耗，减少初级线圈42的加热，并减少相应次级线圈36的发热。这种感测可以通过例如监测流过初级线圈42的电流来实现，使得初级线圈42上的电压在低电流汲取期间降低，而初级线圈42上的电压在高电流汲取期间增加。负载感测电路58还可以调节正弦波振荡器56的操作频率，以提供正弦波振荡器56的频率的自调谐，以等于与初级线圈42和次级线圈36中的每一个相关联的谐振电路的固有谐振频率。自调谐可以通过例如由负载感测电路58在正弦波振荡器56的频率中引入轻微的扰动来执行，以感测诸如对应于最有效的能量传输的频率的峰值电流输送。然后在频率中的扰动的中心点处使用峰值电流传输频率。这种扰动的引入可以被周期性地激活和去激活，以反映中心点的预期缓慢变化。

现在还参考图3，次级线圈36可以附接到功率处理电路40，功率处理电路还可以包括为谐振电路提供次级线圈36的电感的部件61。功率处理电路40还可以包括全波整流器62和滤波电容器63，用于将从次级线圈36接收的交流电信号转换为未调节的直流电电压64。未调节的直流电电压然后可由本领域已知类型的升压或降压转换器66接收，该升压或降压转换器可将调节的电压或电流68提供给制冰机10的其余电路。电容器或电池70可提供能量存储，从而允许初级线圈42和次级线圈36之间的能量的相对较低的连续传输，但该能量仍然足以处理制冰机10的其他电路的瞬时峰值需求。当使用电容器70时，正弦波振荡器56在较高频率下的操作可允许较小的电容器值，因为在较高频率下正向和负向交流电循环之间需要较短的能量存储持续时间。

可以将来自功率处理电路40的功率提供给微控制器72，该微控制器72控制制冰机10的其他操作，包括将功率输送到附接至轴16的电动机74；穿过冰模12运行以释放由此形成的冰块的加热器76；以及一种或多种传感器78，其类型包括，例如，吊环臂传感器、用于测量冰温度的热传感器、用于测量水位的填充传感器、和/或本领域公知类型的冰模定向信号。

仍然参考图2和3，微控制器72还可以通过高通滤波器80与次级线圈36通信，以通过要叠加在交流电功率波形43上的高通信号发送数字信号82。数字信号82提供通过侧壁24和26的相应磁通量信号，并由初级线圈42接收，其中类似的高通滤波器84允许从交流电功率波形43中提取数字信号82。

数字信号82可以由冰箱控制器86接收，并且可以例如利用特定数字代码的开始和停止位进行数字编码，以允许将数字信号82与噪声区分开。当数字信号82被微控制器72检测到时，微控制器72可提供操作冷冻室28外部的电磁阀92的阀致动信号88，以允许水流入水管线59以通过水管线59到达用于填充冰模12的喷嘴65。以这种方式，阀90可以安全地安装在冷冻室28的外部(阀90将在其中冷冻)并且仍然由制冰机10控制。通常，冰箱控制器86处理冰箱的其他控制方面，包括根据各种温度传感器控制压缩机、执行除霜循环等，如冰箱制造领域中通常所理解的。

现在参考图2和4，微控制器72通常根据内部固件等操作，以将冰模12放置在每个过程框100如图1所示的第一竖直“填充”位置。该位置可以例如通过指示冰模12的位置的传感器78来检测。一旦冰模12处于该向上位置，微控制器72可以产生数字信号82，该数字信号启动水阀90(如图2所示)。

控制水阀90的操作持续时间以填充但不过度填充冰模12。这可以通过几种方式中的一种来实现。在第一实施例中，微控制器72可以发送如过程框101所示的阀打开信号，然后可以实施如过程框102所示的足以允许冰模填充但不过度填充的时间延迟。该时间延迟可以是预定时间，或者可以由水位感测***控制，例如，如题为：“智能制冰机”的美国专利申请第16/068400号所述，其转让给本发明的受让人并通过引用全文并入本文。在后一示例中，程序将在时间延迟框102中循环，直到感测到适当的水位。此时，如过程框103所示，第二数字信号62被发送以停用水阀90。

可替换地，过程框102和103可以由直接与水阀90连通的冰箱控制器86来实现。冰箱控制器86可以保持预定填充时间并且在该时间之后自动关闭水阀90，或者可以从微控制器72接收实际上作为阀关闭信号操作的水位传感器信号。

在填充冰模12之后，微控制器72然后进入由过程框104指示的延迟时间段，以允许冰模12中的水冻结。该时间延迟可以根据预定的经过时间或通过传感器78的水温的测量。在过程框104的定时周期结束时，如过程框106所示，微控制器72操作电动机74以将筒22上的冰模12倒置到第二位置(或倒置的“排出”位置)。然后，微控制器72激活加热器76，如过程框108所示。

虽然所描述的实施例示出了用于旋转冰模12的轴16，但是应当理解，本发明同样适用于其中轴16操作梳子以从静止的冰模12中去除冰块的那些***。

本申请在此并入了以下申请，这些申请被转让给本发明的受让人并且在此通过引用的方式整体并入：题为：“具有双位置吊环臂的采冰驱动机构”的美国专利申请第13/288，443号；题为：“具有重量敏感冰筒的制冰机”的美国专利申请第15/756，382号；题为：“交流电驱动的弯板式制冰机”的美国专利申请第16/075，181号；以及题为：“具有集成编码器和割台的制冰机电动机”的美国专利申请第14/438，231号。

术语“窄带宽”是指具有小于30％的基本正谐波失真的近似正弦的信号。应该认识到，图4的处理步骤可以灵活地分配在冰箱控制器86和微控制器72之间。例如，冰箱控制器86可以向不提供独立定时的微控制器72提供总循环定时通信命令步骤，或者相反，微控制器72可以提供所有定时步骤，并且冰箱控制器86可以简单地响应命令，例如，用于控制阀90、或者这两个示例之间的任何变化。

本文使用的某些术语仅用于参考目的，因此并不旨在进行限制。例如，诸如“上”、“下”、“上方”和“下方”的术语是指在所参考的附图中的方向。术语诸如“前”、“后”、“后方”、“底部”和“侧面”描述了部件的部分在一致但任意的参考系内的取向，该参考系通过参考描述所讨论的部件的文本和相关附图而变得清楚。这样的术语可以包括上面具体提到的词语、其派生词以及类似含义的词语。类似地，术语“第一”、“第二”和涉及结构的其他此类数字术语不暗示顺序或次序，除非上下文清楚地指示。

当介绍本公开和示例性实施例的元件或特征时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在表示存在一个或多个这样的元件或特征。术语“包含”、“包括”和“具有”旨在是包括性的并且意指可以存在除具体指出的那些之外的另外的要素或特征。还应当理解，本文所述的方法步骤、过程和操作不应被解释为必须要求以所讨论或说明的特定顺序执行，除非特别指明为执行顺序。还应当理解，可以采用附加的或可选的步骤。

对“微处理器”和“处理器”或“该微处理器”和“该处理器”的提及可以被理解为包括可以在独立和/或分布式环境中通信的一个或多个微处理器，并且因此可以被配置为经由有线或无线通信与其他处理器通信，其中这样的一个或多个处理器可以被配置为在可以是相似或不同设备的一个或多个处理器控制的设备上操作。此外，除非另外指明，否则对存储器的引用可以包括一个或多个处理器可读和可访问的存储器元件和/或组件，它们可以位于处理器控制的设备内部、在处理器控制的设备外部、并且可以经由有线或无线网络来访问。

特别期望的是，本发明不限于这里包含的实施例和图示，并且权利要求应当被理解为包括那些实施例的修改形式，这些实施例包括在以下权利要求的范围内的实施例的部分和不同实施例的元件的组合。本文描述的所有出版物，包括专利和非专利出版物，通过引用全文并入本文。

为了帮助专利局和在本申请上公布的任何专利的任何读者解释所附权利要求，申请人希望注意，除非在特定权利要求中明确使用词语“用于…的装置”或“用于…的步骤”，否则他们不打算让任何所附权利要求或权利要求要素援引35USC 112(f)。

Claims (18)

1.一种制冰设备，包括：

壳体，具有侧壁，所述侧壁适于定位成邻近冷冻柜壁；

电动机，定位在所述壳体内并且通过可旋转轴连通，所述可旋转轴通过所述壳体的前壁暴露；

冰模，可邻近所述壳体定位并提供用于将水模制为冰块的多个凹穴；

逻辑电路，用于在所述冰模已经接收到水并使其冻结之后控制所述电动机和所述可旋转轴以将冰块从所述冰模排出；

次级线圈，其在所述侧壁上由所述壳体支撑以接收来自振荡磁场的电能，所述振荡磁场穿过所述冷冻柜壁；以及

整流电路，用于将所接收的电能转换成向所述逻辑电路和所述电动机供电的电压。

2.根据权利要求1所述的制冰设备，其中，所述逻辑电路还连接至所述次级线圈，用于经由所述次级线圈传递控制信号，以控制使用所述制冰机的制冰步骤的顺序。

3.根据权利要求2所述的制冰设备，其中，所述逻辑电路确定所述冰模的填充时间，并与所述次级线圈连通，以无线地输送可由位于所述冷冻柜壁后面的初级线圈接收的启动信号，以启动水阀。

4.根据权利要求2所述的制冰设备，其中，所述次级线圈接收的电能可以在第一频率范围内被接收，所述第一频率范围具有比所述控制信号的传输的第二频率范围低至少10倍的基频。

5.根据权利要求4所述的制冰设备，进一步包括用于将所接收的电能与所述控制信号隔离的高通滤波器。

6.根据权利要求5所述的制冰设备，其中，所述控制信号被数字编码。

7.根据权利要求1所述的制冰设备，其中，所述壳体是聚合物材料，并且所述线圈被密封在所述壳体内。

8.根据权利要求1所述的制冰设备，其中，当所述壳体安装至所述冷冻柜壁时，所述次级线圈提供多匝绕垂直于所述冷冻柜壁的宽面的轴线缠绕的导线。

9.根据权利要求8所述的制冰设备，进一步包括紧固件，所述紧固件定位在所述侧壁上并且沿所述侧壁的平面分离，以通过所述冷冻柜壁支撑所述壳体。

10.根据权利要求1所述的制冰设备，其中，所述冰模进一步包括加热器元件，并且其中，供给所述逻辑电路和所述电动机的电压还供给由所述逻辑电路控制的所述加热器元件。

11.根据权利要求10所述的制冰设备，其中，所述逻辑电路控制供给所述电动机的电力，以交替地将所述冰模定位在第一冷冻位置和第二排出位置，在所述第一冷冻位置，所述袋向上打开以在其中接收水，在所述第二排出位置，在袋中水冻结所需的时间之后，所述袋向下打开，并且其中所述定时电路进一步控制所述加热器元件，以在所述冰模处于所述第二排出位置时激活所述加热器元件。

12.根据权利要求1所述的制冰设备，进一步包括初级线圈，所述初级线圈由所述冷冻柜壁支撑并且提供振荡电磁场，所述振荡电磁场用于当所述壳体附接到所述冷冻柜壁时由所述次级线圈接收。

13.根据权利要求12所述的制冰设备，其中，当所述壳体安装至所述冷冻柜壁时，所述初级线圈提供多匝绕垂直于所述冷冻柜壁的轴线缠绕的导线。

14.根据权利要求12所述的制冰设备，其中，当所述壳体安装至所述冷冻柜壁时，所述初级线圈的缠绕轴线与所述次级线圈的缠绕轴线轴向对准。

15.根据权利要求12所述的制冰设备，其中，所述初级线圈附接至驱动器电路，所述驱动器电路根据由所述次级线圈放置在所述初级线圈上的负载来控制对所述初级线圈的供电。

16.根据权利要求15所述的制冰设备，其中，所述振荡电磁场是窄带宽信号。

17.根据权利要求12所述的制冰设备，进一步包括位于所述冷冻柜外部的水阀，并且其中所述初级线圈由驱动器电路控制，所述驱动器电路对来自所述次级线圈的数字信号进行解码以激活所述水阀。

18.根据权利要求12所述的制冰设备，进一步包括冷冻柜壁，其中所述初级线圈安装在所述冷冻柜壁的外部以与所述冷冻柜中的内容物电隔离。

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