Приемные электроды емкостной системы беспроводного питания



Приемные электроды емкостной системы беспроводного питания
Приемные электроды емкостной системы беспроводного питания
Приемные электроды емкостной системы беспроводного питания
Приемные электроды емкостной системы беспроводного питания
Приемные электроды емкостной системы беспроводного питания
Приемные электроды емкостной системы беспроводного питания
Приемные электроды емкостной системы беспроводного питания
Приемные электроды емкостной системы беспроводного питания
H02J50/05 - Схемы или системы питания электросетей и распределения электрической энергии; системы накопления электрической энергии (схемы источников питания для устройств для измерения рентгеновского излучения, гамма-излучения, корпускулярного или космического излучения G01T 1/175; схемы электропитания, специально предназначенные для использования в электронных часах без движущихся частей G04G 19/00; для цифровых вычислительных машин G06F 1/18; для разрядных приборов H01J 37/248; схемы или устройства для преобразования электрической энергии, устройства для управления или регулирования таких схем или устройств H02M; взаимосвязанное управление несколькими электродвигателями, управление первичными двигатель-генераторными агрегатами H02P; управление высокочастотной энергией H03L;

Владельцы патента RU 2606389:

ФИЛИПС ЛАЙТИНГ ХОЛДИНГ Б.В. (NL)

Использование: в области электротехники. Технический результат – повышение эффективности передачи энергии. Раскрыты различные приемные электроды для подачи питания на нагрузку, присоединенную к емкостной системе передачи энергии. Согласно изобретению приемные электроды включают в себя первую проводящую пластину (212), соединенную с первым шарниром (211) в форме сферы, при этом первый шарнир в форме сферы соединен с первым приемным электродом (210); и вторую проводящую пластину (222), соединенную со вторым шарниром (221) в форме сферы, при этом второй шарнир в форме сферы соединен со вторым приемным электродом (220), причем второй приемный электрод соединен с катушкой индуктивности емкостной системы передачи энергии, а первый приемный электрод соединен с нагрузкой, при этом катушка индуктивности соединена с нагрузкой для создания резонанса в емкостной системе передачи энергии. Также раскрыто магнитное крепление приемника к передатчику емкостной системы передачи энергии. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

По настоящей заявке испрашивается приоритет предварительной заявки США № 61/523,936, поданной 16 августа 2011 года, предварительной заявки США № 61/523,960, поданной 16 августа 2011 года, предварительной заявки США № 61/611,687, поданной 16 марта 2012 года, и предварительной заявки США № 61/640,896, поданной 1 мая 2012 года.

Изобретение в целом относится к емкостным системам питания для беспроводной передачи энергии и, в частности, к структуре приемных электродов для передачи энергии на большой площади.

Беспроводная передача энергии означает подачу электроэнергии без каких-либо проводов или контактов, посредством чего питание электронных устройств выполняется через беспроводную среду. Одним популярным применением бесконтактного питания является зарядка портативных электронных устройств, например мобильных телефонов, портативных компьютеров и т.п.

Одной реализацией беспроводной передачи энергии является индуктивная система питания. В такой системе электромагнитная индуктивность между источником питания (передатчиком) и устройством (приемником) позволяет осуществлять бесконтактную передачу энергии. И передатчик и приемник оснащены электрическими катушками, и когда они физически сближаются, электрический сигнал течет от передатчика к приемнику.

В индуктивных системах питания генерируемое магнитное поле сконцентрировано в пределах катушек. В результате передача энергии принимающему полю приемника сильно сконцентрирована в пространстве. Это явление создает горячие точки в системе, что ограничивает эффективность системы. Для улучшения эффективности передачи энергии необходима высокая добротность каждой катушки. Для этого катушка должна характеризоваться оптимальным отношением индуктивности к сопротивлению, состоять из материалов с низким сопротивлением и изготавливаться с использованием литцендрата для уменьшения скин-эффекта. Кроме того, катушки должны иметь сложную конфигурацию для избегания токов Фуко. Поэтому для эффективных индуктивных систем питания требуются дорогие катушки. Конструкция для бесконтактной системы передачи энергии для больших площадей будет требовать много дорогих катушек, в результате чего для таких применений индуктивная система питания может оказаться неприменимой.

Емкостная связь является другим способом беспроводной передачи энергии. Этот способ преимущественно используется в приложениях по зондированию и передаче данных. Автомобильная радиоантенна, приклеенная к окну, с принимающим элементом внутри автомобиля, является примером емкостной связи. Способ емкостной связи также используется для бесконтактной зарядки электронных устройств. Для таких применений зарядное устройство, реализующее емкостную связь, работает на частотах за пределами собственной резонансной частоты устройства.

Емкостная система передачи энергии может также использоваться для передачи энергии на больших площадях, например окнах, стенах, имеющих плоскую структуру, и так далее. Пример такой емкостной системы 100 передачи энергии изображен на Фиг. 1. Как показано на Фиг. 1, типичная конструкция такой системы включает в себя пару приемных электродов 111, 112, соединенных с нагрузкой 120 и катушкой 130 индуктивности. Система 100 также включает в себя пару передающих электродов 141, 142, соединенных с силовым приводом 150, и изолирующий слой 160.

Передающие электроды 141, 142 присоединены к одной стороне изолирующего слоя 160, а приемные электроды 111, 112 присоединены к другой стороне изолирующего слоя 160. Это расположение формирует емкостное сопротивление между парой передающих электродов 141, 142 и приемными электродами 111, 112. Поэтому сигнал питания, генерируемый силовым приводом, может беспроводным образом передаваться от передающих электродов 141, 142 к приемным электродам 111, 112 для питания нагрузки 120. Эффективность системы увеличивается, когда частота сигнала питания совпадает с частотой последовательного резонанса системы. Частота последовательного резонанса системы 100 является функцией величины индуктивности катушки 130 индуктивности и/или катушки 131 индуктивности, а также емкостного сопротивления между парой передающих электродов 141, 142 и приемных электродов 111, 112 (C1 и на C2 Фиг. 1). Нагрузка может быть, например, светодиодом, гирляндой светодиодов, лампой и т.п. Например, система 100 может использоваться для питания осветительных приборов, установленных на стене.

Емкостное сопротивление (C1 и C2) является функцией расстояния между приемными электродами и передающими электродами. Величина емкости должна вычисляться следующим образом:

,

где A является площадью приемных электродов (показана как S1 и S2 на Фиг. 1), d является толщиной изолирующего слоя 160, а ε является значением диэлектрической проницаемости диэлектрика.

Расстояние между приемными и передающими электродами и, таким образом, емкостное сопротивление может изменяться или может быть изменено, например, когда поверхность изолирующего слоя и/или передающих электродов является неоднородной (например, переменная толщина изолирующего слоя, искривленные, некачественные или различной формы электроды). В емкостной беспроводной системе 100 энергия беспроводным образом эффективно передается от привода 150 к нагрузке 120, когда частота сигнала питания практически совпадает с частотой последовательного резонанса системы 100. Таким образом, флуктуации емкостного сопротивления будут менять электрические токи через нагрузку 120.

Поэтому было бы выгодно сконструировать приемные электроды, которые были бы выровнены с передающими электродами, чтобы обеспечить эффективную передачу энергии в емкостной системе питания.

Некоторые варианты воплощения, раскрытые здесь, включают в себя изделие для подачи питания на нагрузку, присоединенную в емкостной системе передачи энергии. Изделие содержит первую проводящую пластину (212), соединенную с первым шарниром (211) в форме сферы, при этом первый шарнир в форме сферы соединен с первым приемным электродом (210); и вторую проводящую пластину (222), соединенную со вторым шарниром (221) в форме сферы, при этом первый шарнир в форме сферы соединен со вторым приемным электродом (220), второй приемный электрод соединен с катушкой индуктивности емкостной системы передачи энергии, а первый приемный электрод соединен с нагрузкой, катушка индуктивности соединена с нагрузкой для создания резонанса в емкостной системе передачи энергии.

Некоторые варианты воплощения, раскрытые здесь также, включают в себя изделие для подачи питания на нагрузку, подсоединенную в емкостной системе передачи энергии. Изделие содержит гибкий кожух (330); первый приемный электрод (310), соединенный с гибким кожухом и соединенный с нагрузкой; и второй приемный электрод (320), соединенный с гибким кожухом и соединенный с катушкой индуктивности емкостной системы передачи энергии, катушка индуктивности соединена с нагрузкой для создания резонанса в емкостной системе передачи энергии.

Некоторые варианты воплощения, раскрытые здесь, также включают в себя магнитное крепление 900 для механического крепления приемника к передатчику емкостной системы передачи энергии. Магнитное крепление включает в себя первую группу множества передающих электродов (910-1, 910-r), включающих в себя множество постоянных магнитов, имеющих первую ориентацию магнитного полюса, каждый из передающих электродов первой группы множества передающих электродов имеет первый электрический потенциал; вторую группу множества передающих электродов (920-1, 920-r), включающих в себя постоянный магнит, имеющий вторую ориентацию магнитного полюса, противоположную первой ориентации магнитного полюса, при этом каждый из передающих электродов второй группы множества передающих электродов имеет электрический потенциал, противоположный электрическому потенциалу каждого из множества передающих электродов; первый приемный электрод, имеющий первый электрический потенциал и включающий в себя постоянный магнит, имеющий первую ориентацию магнитного полюса; и второй приемный электрод, имеющий второй электрический потенциал и включающий в себя постоянный магнит, имеющий вторую ориентацию магнитного полюса; при этом первый приемный электрод совмещен с одним из передающих электродов первой группы множества передающих электродов, а второй приемный электрод совмещен с одним из передающих электродов второй группы множества передающих электродов, приемник механически прикрепляется к передатчику для обеспечения беспроводной передачи сигнала питания от передатчика на нагрузку, соединенную с приемником.

Объект, который рассматривается как изобретение, отчетливо указан и четко охарактеризован в формуле изобретения в конце патентного описания. Указанные выше и другие признаки и преимущества изобретения будут очевидны из следующего подробного описания, взятого в сочетании с прилагаемыми чертежами.

Фиг. 1 является схемой емкостной системы питания.

Фиг. 2 является иллюстрацией расположения приемных электродов, сконструированных в соответствии с одним вариантом воплощения.

Фиг. 3A и 3B являются иллюстрациями приемных электродов, сконструированных как часть гибкого кожуха в соответствии с одним вариантом воплощения.

Фиг. 4A и 4B являются иллюстрациями приемных электродов, сконструированных как часть гибкого кожуха в соответствии с одним вариантом воплощения.

Фиг. 5 является изображением, иллюстрирующим реальное применение гибкого приемника в виде кожуха.

Фиг. 6, 7, 8 и 9 являются схемами различных магнитных креплений, сконструированных в соответствии с различными вариантами воплощения.

Важно отметить, что раскрытые варианты воплощения являются лишь примерами многих полезных применений новаторских идей настоящего документа. Вообще, утверждения, сделанные в описании настоящего документа, не обязательно ограничивают любое из различных предложенных изобретений. Более того, некоторые утверждения могут относиться к некоторым признакам изобретения, но не к другим признакам. В общем, если не указано иное, одиночных элементов может быть несколько и наоборот, без потери общности. На чертежах одинаковые ссылочные позиции относятся к одинаковым частям на нескольких чертежах.

Фиг. 2 показывает принципиальную схему пары приемных электродов 210 и 220, сконструированных в соответствии с вариантом воплощения изобретения. Приемные электроды 210 и 220 являются частью емкостной системы 200 питания, работающей как подробно описано в настоящем документе. Система 200 включает в себя силовой привод 201, соединенный с парой передающих электродов 202 и 203, покрытых изолирующим слоем 204. Соединение может быть гальваническим или соединением с помощью емкостной связи. На стороне приемника приемные электроды 210 и 220 соединены с нагрузкой 205 и катушкой 206 индуктивности соответственно.

Как показано на Фиг. 2, изолирующий слой 204 является тонким слоем, имеющим изогнутую форму. Изолирующий слой 204 может быть из любого изолирующего материала, в том числе, например, бумаги, древесины, ткани, стекла, деионизированной воды (DI-water) и т.д. В варианте воплощения выбран материал с диэлектрической проницаемостью. Толщина изолирующего слоя 204 обычно лежит между 10 микронами (например, слой краски) и несколькими миллиметрами (например, слой стекла). Передающие электроды 202, 203 также имеют изогнутую форму, чтобы соответствовать структуре изолирующего слоя 204. Передающие электроды 202, 203 могут быть из любого проводящего материала, такого как углерод, алюминий, оксид индия и олова (ITO), органического материала, такого как поли-(3,4-этилендиокситиофен) (PEDOT), медь, серебро, проводящая краска или любой проводящий материал.

Чтобы обеспечить эффективную передачу энергии, площадь поверхности передающих электродов существенно перекрывает площадь поверхности приемных электродов, чтобы обеспечить постоянное расстояние между электродами, посредством чего устраняются любые флуктуации в емкостном сопротивлении и в электрических токах через нагрузку 205.

В соответствии с этим вариантом воплощения приемным электродам 210, 220 придана такая форма, чтобы перекрывать площадь поверхности передающих электродов 202, 203. С этой целью каждый из приемных электродов 210, 220 включает в себя проводящую пластину 212, 222, соединенную с шарниром 211, 221 в форме сферы, также сделанным из проводящего материала.

Проводящие пластины 212, 222 и шарниры 211, 221 в форме сферы могут быть сделаны из такого же проводящего материала, что и передающие электроды, или из другого проводящего материала. Такой материал может включать в себя, например, углерод, алюминий, оксид индия и олова (ITO), органический материал, проводящий полимер, PEDOT, медь, серебро, проводящую краску или любой проводящий материал.

Структура приемных электродов обеспечивает свободу в движении проводящих пластин 212, 222 вдоль горизонтальной оси. Поэтому в любом месте вдоль изолирующего слоя 204 проводящие пластины по сути перекрывают площадь поверхности передающих электродов 202, 203. Кроме того, эта структура, к выгоде, обеспечивает практически равномерный зазор между приемными и передающими электродами, уменьшая вероятность большого зазора между приемными и передающими электродами, таким образом, по сути, гарантируя, что между ними сформируется емкость.

В одном варианте воплощения шарниры 211, 221 в форме сферы реализованы в виде механических пружин, чтобы позволить движение проводящих пластин 212, 222 в горизонтальном и вертикальном направлении.

В еще одном варианте воплощения приемные электроды соединены со средством 230 фиксации для жесткого крепления приемного устройства (включающего в себя электроды 210, 220, нагрузку 205 и катушку 206 индуктивности) к инфраструктуре (например, стене, окну и т.д.). Средство 230 фиксации может включать в себя, например, постоянный магнит, присоску, слой клея, ленту Велькро и т.п. Ниже обсуждаются различные варианты воплощения магнитного крепления. При использовании клея как средства фиксации, слой клея служит изолирующим слоем 204.

Другой вариант воплощения конструкции приемных электродов для их простого и легкого приспособления к форме поверхности инфраструктуры (изолирующий слой и передающие электроды) изображен на Фиг. 3A и 3B. В соответствии с этим вариантом воплощения приемные электроды 310, 320 закреплены на внешней поверхности гибкого кожуха 330. Гибкий кожух 330 может быть любым гибким контейнером, заключающим объем газа или жидкости, например надутым пластиковым пакетом или баллоном. Материал гибкого кожуха 330 является непроводящим материалом.

Материал приемных электродов 310, 320 может включать в себя любой проводящий материал из упомянутых выше. Электроды 310, 320 соединены с приемным устройством 340, которое включает в себя нагрузку и катушку индуктивности (не показаны на Фиг. 3A, 3B), как подробно описано выше.

Для питания нагрузки в приемном устройстве 340 гибкий кожух прижимается к изолирующему слою 350, как показано на Фиг. 3B. В результате передающие электроды 360, 361, соединенные с изолирующим слоем 350, располагаются параллельно приемным электродам 310, 320. Следовательно, на нагрузку в приемном устройстве 340 беспроводным образом подается питание, как обсуждалось подробно выше. Сигнал питания генерируется приводом 370, соединенным с передающими электродами 360, 361.

Как изображено на Фиг. 3A и 3B, множество передающих электродов размещаются вдоль изолирующего слоя 350 изогнутой формы. Конструкция приемных электродов 310, 320 предусматривает, что для каждой пары передающих электродов 360, 361 соответствующие площади поверхности существенно перекрываются, когда гибкий кожух 330 прижимается к изолирующему слою 350.

Фиг. 4A и 4B показывают другой вариант воплощения приемных электродов 410, 420, соединенных внутри гибкого кожуха 430. Такая конструкция может использоваться, когда приемные электроды 410, 420 должны быть изолированы от среды, например, по гигиеническим причинам. В некоторой конфигурации приемное устройство, которое включает в себя нагрузку и катушку индуктивности (не показаны на Фиг. 4A и 4B), может также быть размещено в гибком кожухе 430. Гибкий кожух 430 сделан из непроводящего материала. Приемные электроды 410, 420 приемника могут быть сделаны с использованием любого упомянутого выше проводящего материала.

Емкостное сопротивление создается между приемными электродами 410, 420 и передающими электродами 450, 451, когда приемные и передающие электроды совмещены. С этой целью, как показано на Фиг. 4B, когда гибкий кожух 430 прижимается к изолирующему слою 460, приемные электроды деформируются так, чтобы совместиться с передающими электродами 450, 451. В этом положении на нагрузку в приемном устройстве беспроводным образом подается питание, как подробно обсуждалось выше. Сигнал питания генерируется приводом 470, соединенным с передающими электродами 450, 451.

Фиг. 5 показывает практическое применение гибкого кожуха 500 в соответствии с одним вариантом воплощения. Гибкий кожух 500 является надутым пластиковым пакетом, имеющим пару приемных электродов 501 и 502, реализованных в виде двух медных лент, приклеенных к пластиковому пакету. Гибкий кожух 500 является полным приемным устройством, включающим в себя светодиодную лампу (нагрузку) 503 и катушку 504 индуктивности. Гибкий кожух 500 может быть любой формы (например, в форме игрушки героя) или любого цвета. Таким образом, варианты воплощения гибкого кожуха могут использоваться как ночная лампа, наружный осветительный прибор и так далее.

В одном варианте воплощения гибкие кожухи, раскрытые здесь, включают в себя средство фиксации для крепления приемного устройства на поверхности изолирующего слоя. Средство фиксации может включать в себя, например, постоянный магнит, присоску, слой клея и т.п. В варианте воплощения постоянных магнитов поверхность изолирующего слоя может включать в себя мягкий магнитный материал, такой как железо или ферритовая краска. Гибкий кожух притягивается к поверхности с помощью одного или более магнитов. Магниты могут быть прикреплены к внешнему или внутреннему слою гибкого кожуха, но они не находятся в прямом контакте с приемными электродами. В предпочтительном варианте воплощения магниты расположены позади электродов кожуха внутри устройства. Магниты гибкого кожуха могут включать в себя твердые блоки или порошкообразный магнитный материал, смешанный с гибким полимером.

В другом варианте воплощения используется одна или более присосок в качестве средства фиксация для прикрепления гибкого кожуха к поверхности изолирующего слоя. С этой целью поверхность должна быть очень гладкой, чтобы позволить присоске поддерживать вакуум с поверхностью. Присоска может быть расположена рядом с приемными электродами устройства в виде кожуха.

Следует отметить, что относительно вариантов воплощения, описанных со ссылкой на Фиг. 3, 4 и 5, система является емкостной системой питания, в которой нагрузке (например, лампа) подается питание беспроводным образом, когда частота сигнала питания практически совпадает с частотой последовательного резонанса, связанного с емкостным сопротивлением, образованным между электродами и катушкой индуктивности, соединенными с нагрузкой. Таким образом, например, варианты воплощения, раскрытые здесь, могут использоваться для питания лампы, прикрепленной к стене, без проводов или розеток питания.

По эстетическим соображениям может быть желательно присоединить приемное устройство к большой поверхности, такой как стена или окно, без каких-либо механических средств, таких как винты и гвозди. Соответственно, различные варианты воплощения, раскрытые здесь, включают в себя магнитное крепление, используемое в емкостной беспроводной системе питания.

В одном варианте воплощения, показанном на Фиг. 6, передающие электроды 601, 602 являются полосками, сделанными из парамагнитного и проводящего материала, и они соединяются с инфраструктурой, например стеной. Например, каждый из электродов 601, 602 может быть железным металлическим листом толщиной приблизительно от 0,5 мм до 1 мм. Приемное устройство 610 включает в себя один постоянный магнит 611, который притягивается к передающим электродам 601 и 602, таким образом, магнитным способом прикрепляя приемное устройство 610 к инфраструктуре.

Приемное устройство 610 дополнительно содержит электроды 612, 613, так что когда магнит 611 и передающие электроды 601, 602 находятся в контакте, приемные электроды 612, 613 находятся на близком расстоянии от передающих электродов 601, 602 (но не касаются друг друга, поскольку между ними есть изолирующий слой). В этом положении на нагрузку 614, соединенную с катушкой 615 индуктивности, подается питание беспроводным образом, как подробно обсуждалось выше. Сигнал питания генерируется приводом (не показан), соединенным с передающими электродами 601 и 602. Таким образом, воздух или отделочный слой стены (например, обои, фольга или краска) могут служить изолирующим слоем. Когда изолирующим слоем является воздух, между приемными и передающими электродами используются прокладки, чтобы предотвратить между ними гальванический контакт. В этом варианте воплощения приемные электроды 612, 613 сделаны из проводящего и немагнитного материала, такого как медь или любого из упомянутых выше органических материалов.

В другом варианте воплощения приемное устройство включает в себя по меньшей мере два магнита. Магниты покрыты тонким электропроводным слоем для формирования приемных электродов. Проводящий слой может быть сделан из листа металлического олова и прилеплен к магнитам. Альтернативно, магниты могут быть покрыты металлическим материалом с помощью процесса осаждения, например гальванического осаждения.

В этом варианте воплощения приемные электроды магнитным способом притягиваются к передающим электродам, таким образом, магнитным способом прикрепляя приемное устройство к инфраструктуре (например, стене). Передающие электроды, установленные позади декоративного покрытия, могут иметь любую форму.

Фиг. 7 схема является схемой поперечного сечения магнитного крепления в соответствии с другим вариантом воплощения. Передающее устройство включает в себя постоянные магниты 703, 704, установленные позади передающих электродов 701, 702. Магнит 703 ориентирован первым магнитным полюсом, в то время как магнит 704 первого передающего электрода 702 ориентирован противоположным магнитным полюсом.

В приемном устройстве первый приемный электрод 713 включает в себя постоянный магнит 711 в таком направлении, что он притягивается магнитом 703, связанным с первым передающим электродом 701. То есть, магнитная ориентация магнита 711 противоположна таковой магнита 703. Второй приемный электрод 712 содержит магнит 714 так, что он притягивается к магниту 704 второго передающего электрода 702. В результате приемное устройство может быть прикреплено к инфраструктуре, только когда устройство имеет правильную ориентацию, тем самым обеспечивая надлежащие электрические соединения. Следует отметить, что когда приемное устройство механически прикрепляется к передающему устройству с помощью силы магнитного взаимодействия, между ними нет прямого электрического контакта, поскольку приемные электроды 712, 713 и передающие электроды 701, 702 разделены изолирующим слоем 720. Изолирующий слой 720 может быть воздухом, слоем краски, обойной бумагой и т.п. Знаки '+' и '-' на Фиг. 7 указывают магнитную ориентацию.

В еще одном варианте воплощения передающее устройство включает в себя постоянные магниты, связанные с передающими электродами. Например, передающий электрод может быть размещен перед постоянным магнитом. Передающие электроды, связанные с постоянными магнитами, могут иметь различный потенциал или фазовый сдвиг. Как показано на Фиг. 8, контрольный электрод 801, связанный с постоянным магнитом (не показан), ориентированным первым магнитным полюсом, расположен в центре круга. Вокруг контрольного электрода расположены много смежных передающих электродов 802, 803, 804 и 805, где каждый из них связан с постоянным магнитом (не показаны), ориентированным вторым магнитным полюсом, являющимся противоположным первому магнитному полюсу. Каждый из смежных передающих электродов 802 - 805 имеет различный электрический потенциал по сравнению с контрольным электродом 801. В соответствии с этим вариантом воплощения приемное устройство 810 может тогда быть размещено с одним приемным электродом 811 на контрольном передающем электроде 801 и с другим приемным электродом 812 на одном из смежных электродов 802-805. Каждый из приемных электродов 811, 812 может быть размещен перед постоянным магнитом (не показаны на Фиг. 8).

Следует отметить, что так как каждая пара передающих электродов имеет различный потенциал, размещение приемных электродов относительно передающих электродов определяет количество энергии, которая будет передана. Это позволяет осуществлять настройку уровня мощности путем выбора другого потенциала. Например, это может использоваться для уменьшения яркости света, испускаемого лампой в приемном устройстве 810. Дополнительно следует отметить, что когда приемное устройство 810 механически прикрепляется к передающему устройству 800 с помощью силы магнитного взаимодействия, между ними нет прямого электрического контакта, поскольку они разделены изолирующим слоем. Знаки '+' и '-' на Фиг. 8 указывают магнитную ориентацию.

В другой компоновке, изображенный на Фиг. 9, множество первых передающих электродов с 910-1 по 910-r расположены полукругом, и множество вторых передающих электродов с 920-1 по 920-r также расположены полукругом, так что оба полукруга объединяются и формируют круг. Каждый из электродов с 910-1 по 910-r и с 920-1 по 920-r имеет различный электрический потенциал, так что, поворачивая приемное устройство 930, может быть выбран различный уровень мощности. Кроме того, первая группа передающих электродов с 910-1 по 910-r и вторая группа передающих электродов с 920-1 по 920-r соответствуют различным магнитным полюсам. Знаки '+' и '-' на Фиг. 9 указывают магнитную ориентацию.

В соответствии с этим вариантом воплощения один приемный электрод 931 приемного устройства 930 может тогда быть совмещен с одним из первых передающих электродов с 910-1 по 910-r, в то время как второй приемный электрод 932 совмещен со вторым передающим электродом с 920-1 по 920-r. В другой иллюстративной компоновке приемные и передающие электроды с различным потенциалом расположены в двух параллельных рядах.

Хотя настоящее изобретение было описано достаточно подробно и с некоторыми подробностями относительно нескольких описанных вариантов воплощения, подразумевается, что оно не должно ограничиваться любыми такими подробными сведениями или вариантами воплощения или любым определенным вариантом воплощения, а должно толковаться со ссылкой на прилагаемую формулу изобретения, чтобы обеспечить максимально широкую интерпретацию формулы изобретения с учетом предшествующего уровня техники и, следовательно, эффективно охватить предполагаемый объем изобретения. Кроме того, описание выше описывает изобретение с точки зрения вариантов воплощения, предусмотренных изобретателем, для которых было доступно достаточное описание, несмотря на это несущественные модификации изобретения, не предусмотренные в настоящее время, могут, тем не менее, представлять его эквиваленты.

1. Изделие для подачи питания на нагрузку, подключенную к емкостной системе передачи энергии, содержащее:

первую проводящую пластину (212), соединенную с первым шарниром (211) в форме сферы, при этом первый шарнир в форме сферы соединен с первым приемным электродом (210); и

вторую проводящую пластину (222), соединенную со вторым шарниром (221) в форме сферы, при этом второй шарнир в форме сферы соединен со вторым приемным электродом (220), при этом второй приемный электрод соединен последовательно с катушкой индуктивности емкостной системы передачи энергии, а первый приемный электрод соединен последовательно с нагрузкой, причем катушка индуктивности соединена последовательно с нагрузкой и сконфигурирована создавать резонанс на частоте последовательного резонанса емкостной системы передачи энергии.

2. Изделие по п. 1, в котором сигнал питания, генерируемый силовым приводом, беспроводным образом передается от пары передающих электродов (202, 203), соединенных с изолирующим слоем (204), первому и второму приемным электродам для питания нагрузки, когда частота сигнала питания, по существу, совпадает с частотой последовательного резонанса катушки индуктивности и емкостного сопротивления, сформированного между парой передающих электродов (202, 203) и приемными электродами, при этом каждая пара передающих электродов и изолирующий слой имеют изогнутую форму.

3. Изделие по п. 2, в котором каждая из первой и второй проводящих пластин существенно перекрывает площадь поверхности передающего электрода пары передающих электродов, так что флуктуации емкостного сопротивления уменьшаются.

4. Изделие по п. 1, в котором каждая из первой и второй проводящих пластин, каждый из первого и второго шарниров в форме сферы и каждый из первого и второго электродов выполнены из проводящего материала, включающего в себя любой один из следующих:

углерод, алюминий, оксид индия и олова (ITO), поли-(3,4-этилендиокситиофен) (PEDOT), медь, серебро и проводящую краску.

5. Изделие для подачи питания на нагрузку, подключенную к емкостной системе передачи энергии, содержащее:

гибкий кожух (330);

первый приемный электрод (310), соединенный с гибким кожухом и соединенный с нагрузкой; и

второй приемный электрод (320), соединенный с гибким кожухом и соединенный последовательно с катушкой индуктивности емкостной системы передачи энергии, при этом катушка индуктивности соединена последовательно с нагрузкой и сконфигурирована создавать резонанс на частоте последовательного резонанса емкостной системы передачи энергии.

6. Изделие по п. 5, в котором сигнал питания, генерируемый силовым приводом, беспроводным образом передается от пары передающих электродов (360, 361), соединенных с изолирующим слоем (350), первому и второму приемным электродам для беспроводного питания нагрузки, когда частота сигнала питания, по существу, совпадает с частотой последовательного резонанса катушки индуктивности и емкостного сопротивления, сформированного между парой передающих электродов и приемными электродами, когда гибкий кожух прижимается к изолирующему слою, при этом каждая пара передающих электродов и изолирующий слой имеют изогнутую форму.

7. Изделие по п. 6, в котором каждый из первого и второго приемных электродов существенно перекрывает поверхность передающего электрода пары передающих электродов, так что флуктуации емкостного сопротивления уменьшаются.

8. Изделие по п. 5, в котором гибкий кожух является гибким контейнером для заключения объема газа или жидкости, при этом гибкий контейнер выполнен из непроводящего материала.

9. Изделие по п. 5, в котором первый и второй приемные электроды приклеены к внешней стороне гибкого кожуха.

10. Изделие по п. 5, в котором первый и второй приемные электроды приклеены к внутренней стороне гибкого кожуха (430).

11. Изделие по п. 6, в котором гибкий кожух дополнительно включает в себя средство фиксации для крепления гибкого кожуха на поверхности изолирующего слоя, при этом средство фиксации включает в себя любое из следующего: постоянный магнит, присоска и слой клея.

12. Магнитное крепление (900) для механического крепления приемника к передатчику емкостной системы передачи энергии, содержащее:

первую группу множества передающих электродов (910-1, 910-r), включающую в себя множество постоянных магнитов, имеющих первую ориентацию магнитного полюса, причем каждый из передающих электродов первой группы множества передающих электродов имеет первый электрический потенциал;

вторую группу множества передающих электродов (920-1, 920-r), включающую в себя постоянный магнит, имеющий вторую ориентацию магнитного полюса, противоположную первой ориентации магнитного полюса, при этом каждый из передающих электродов второй группы множества передающих электродов имеет электрический потенциал, противоположный электрическому потенциалу каждого из множества передающих электродов первой группы множества передающих электродов;

первый приемный электрод, имеющий первый электрический потенциал и включающий в себя постоянный магнит, имеющий первую ориентацию магнитного полюса, при этом катушка индуктивности последовательно соединена с первым приемным электродом и нагрузкой, причем катушка индуктивности сконфигурирована создавать резонанс на частоте последовательного резонанса емкостной системы передачи энергии; и

второй приемный электрод, имеющий второй электрический потенциал и включающий в себя постоянный магнит, имеющий вторую ориентацию магнитного полюса; при этом первый приемный электрод совмещается с одним из передающих электродов первой группы множества передающих электродов, а второй приемный электрод совмещается с одним из передающих электродов второй группы множества передающих электродов, причем приемник механически прикреплен к передатчику для обеспечения беспроводной передачи сигнала питания от передатчика на нагрузку, соединенную с первым приемным электродом.

13. Магнитное крепление по п. 12, в котором приемник механически прикреплен к передатчику, причем первый и второй приемные электроды электрически изолированы от первой и второй групп множества передающих электродов с помощью изолирующего слоя.

14. Магнитное крепление по п. 12, в котором сигнал питания генерируется силовым приводом, входящим в состав передатчика, и сигнал питания беспроводным образом передается от передатчика приемнику, когда частота сигнала питания, по существу, совпадает с частотой последовательного резонанса катушки индуктивности и емкостного сопротивления, сформированного между первой и второй группой множества передающих электродов и первым и вторым приемными электродами.

15. Магнитное крепление по п. 12, в котором постоянные магниты покрыты тонким электропроводным слоем для формирования приемных и передающих электродов.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к энергоснабжению транспортных средств с электротягой. Система для передачи электрической энергии транспортному средству содержит электрическую проводниковую структуру и источник переменного тока.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат, заключается в прекращении или снижении подачи энергии, подаваемой от устройства подачи энергии к электронному устройству, когда оно входит в заранее определенное состояние.

Группа изобретений относится к беспроводной зарядке аккумулятора транспортного средства. Устройство подачи электрической мощности содержит средство связи, средство уведомления, средство обнаружения и средство управления.

Предлагается устройство бесконтактной передачи мощности, которое может бесконтактным образом передавать мощность устройству приема мощности. Технический результат - обеспечение совместимости модуля передачи и модуля приема без фактической передачи мощности.

Настоящее изобретение в целом относится к системам передачи энергии и зарядным устройствам для аккумуляторных батарей и, в частности, к способу и системе для беспроводной передачи энергии посредством передачи микроволнового излучения для питания устройства, требующего электрической энергии.

Изобретение относится к беспроводной зарядке аккумулятора транспортного средства. Устройство бесконтактной подачи электрической мощности содержит катушку (12) для подачи электрической мощности и катушку (22) для приема электрической мощности, установленную на нижней поверхности (40) пола транспортного средства.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности установления связи между транспортным средством и устройством подачи электрической мощности.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей за счет передачи n-фазного напряжения по беспроводной сети.

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение зарядки как паркующихся, так и уже припаркованных транспортных средств.

Изобретение относится к устройствам беспроводной передачи электроэнергии. Технический результат - обеспечение передачи энергии в среде с высокой проводимостью.

Группа изобретений относится к устройству для обеспечения транспортного средства электрической энергией. Приемное устройство (1) содержит индуктивность (3) для выработки переменного электрического тока посредством электромагнитной индукции. Индуктивность (3) и еще один электрический элемент (4), который подключен к индуктивности (3), имеют резонансную частоту, с которой вырабатывается фаза переменного электрического тока. Индуктивность (3) и электрический элемент (4) подключены к выпрямителю (10). Выпрямитель (10) содержит автоматически управляемый переключатель (12, 13). Замыкание переключателя (12, 13) или нескольких переключателей приводит к образованию цепи короткого замыкания параллельно индуктивности (3) или параллельно двум или более индуктивностям (3), включая электрический элемент. Устройство содержит управляющее устройство, которое выполнено для управления переключателем (12, 13). Управляющее устройство выполнено для включения и выключения переключателя (12, 13) с частотой, которая меньше, чем резонансная частота. Также заявлены транспортное средство, содержащее устройство обеспечения электроэнергией, способы эксплуатации и изготовления данного транспортного средства. Технический результат заключается в снижении электрических потерь. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 6 ил.

Группа изобретений относится к системе для обеспечения транспортного средства электрической энергией. Система содержит приемное устройство, выполненное для приема магнитной компоненты переменного электромагнитного поля, и генерирующее устройство, выполненное для создания переменного электромагнитного поля. Приемное устройство содержит фазовые линии, причем каждая фазовая линия выполнена для передачи фазы переменного электрического тока. Фазовые линии расположены так, чтобы образовать систему линий, которая простирается в продольном направлении перпендикулярно направлению линии магнитной индукции. Система линий содержит первый и второй концы, которые являются противоположными друг другу по отношению к продольному направлению. Система линий сужается, имея конический контур или контур усеченного конуса, к первому и/или ко второму концу. Генерирующее устройство выполнено аналогично, как и приемное устройство. Заявлено транспортное средство, содержащее систему с приемным устройством. Заявлены способы изготовления системы с приемным устройством и системы с генерирующим устройством. Технический результат заключается в уменьшении интенсивности электромагнитного поля сбоку от приемного и/или генерирующего устройства. 6 н. и 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

Группа изобретений относится к электроснабжению транспортных средств. Система для передачи электроэнергии к транспортному средству содержит электрическую проводниковую структуру, которая содержит несколько сегментов, причем каждый сегмент простирается вдоль пути движения. Каждый сегмент содержит одну линию для каждой фазы переменного тока. Система содержит источник тока для передачи электрической энергии к нескольким сегментам, которые соединены параллельно друг другу с источником тока. Сегменты связаны с источником тока через соответствующий источник (12) постоянного по величине тока. Каждый источник (12) содержит первую индуктивность (L6P1) и первую емкость (C6P). Индуктивности и емкости адаптированы друг к другу и к напряжению так, что желательный постоянный по величине ток выводится к выходной стороне. Индуктивность (L6P1) расположена в линии (100) источника (12), и линия (100) соединена с емкостью (C6P). Индуктивность (L6P1) и емкость (C6P) адаптированы друг к другу так, что реактивная мощность, выработанная сегментом, равна нулю. Также заявлены способы изготовления и эксплуатации системы. Технический результат заключается в повышении эффективности управления сегментом системы для передачи электроэнергии. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 16 ил.

Группа изобретений относится к системе для обеспечения транспортного средства электрической энергией. Система содержит проводниковую конструкцию (11) первичной стороны, проводниковую конструкцию (21) вторичной стороны, экранирующую конструкцию (13) первичной стороны и экранирующую конструкцию (23) вторичной стороны. Проводниковые конструкции (11, 21) изготовлены из электропроводящего материала. Экранирующие конструкции (13, 23) сторон изготовлены из намагничиваемого материала. Экранирующая конструкция (13) простирается сбоку от конструкции (11) на одном уровне и до уровня по высоте выше боковой кромки конструкции (11). Причем экранирующая конструкция (13) также расположена внутри зазора между конструкциями (11) и (21). Экранирующая конструкция (23) простирается сбоку от конструкции (21) на одном уровне и до уровня ниже высоты боковой кромки конструкции (21). Причем экранирующая конструкция (23) также расположена внутри зазора между конструкциями (11) и (21). Также заявлены транспортное средство, содержащее данную систему, и способы обеспечения транспортного средства электрической энергией. Технический результат заключается в защите окружающей среды от электромагнитного поля. 5 н.п. ф-лы, 7 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат – предотвращение ограничения заряда аккумулятора, заряжающегося посредством одной системы подачи электрической энергии при наличии запроса на заряд посредством другой системы подачи. Согласно изобретению предусмотрены: модуль управления бесконтактной подачей электрической энергии, который подает электрическую энергию бесконтактным способом из катушки передачи электрической энергии в катушку приема электрической энергии посредством, по меньшей мере, магнитной связи и который заряжает аккумулятор транспортного средства; модуль контактной подачи электрической энергии, который подает электрическую энергию в аккумулятор транспортного средства посредством электрического подключения через кабель к соединительному контактному выводу, предусмотренному в транспортном средстве; и контроллер, который управляет модулем управления бесконтактной подачей электрической энергии и модулем контактной подачи электрической энергии. При этом, когда аккумулятор первого транспортного средства заряжается посредством одной системы подачи электрической энергии из числа системы бесконтактной подачи электрической энергии модуля управления бесконтактной подачей электрической энергии и системы контактной подачи электрической энергии модуля контактной подачи электрической энергии и имеется запрос из второго транспортного средства на подачу электрической энергии посредством другой системы подачи электрической энергии, подача электрической энергии посредством одной системы подачи электрической энергии продолжается, а подача электрической энергии посредством другой системы подачи электрической энергии переводится в режим готовности. 3 н.п. ф-лы, 7 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат – обеспечение передачи информации между стороной передачи электрической энергии и приемной стороной без необходимости использования отдельной катушки связи. Система содержит: катушку передачи электрической энергии; средство преобразования, которое преобразует электрическую энергию подачи на стороне передачи электрической энергии и выводит электрическую энергию в катушку передачи электрической энергии; контроллер на стороне передачи электрической энергии, который управляет средством преобразования; катушку приема электрической энергии, которая принимает электрическую энергию из катушки передачи электрической энергии бесконтактным способом посредством по меньшей мере магнитной связи и которая подает электрическую энергию в нагрузку, электрически подключенную к катушке приема электрической энергии; средство сглаживания, которое сглаживает электрическую энергию, принимаемую посредством катушки приема электрической энергии; датчик, который обнаруживает ток, протекающий в средстве сглаживания, или напряжение средства сглаживания; и контроллер на стороне приема электрической энергии, который получает значение обнаружения датчика. Контроллер на стороне передачи электрической энергии передает информацию со стороны передачи электрической энергии на сторону приема электрической энергии посредством управления значением тока или временем вывода выходного тока в катушку передачи электрической энергии из средства преобразования, и контроллер на стороне приема электрической энергии принимает информацию посредством получения кодированного значения из значения обнаружения. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 19 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к беспроводной передачи электрической энергии. Задачей настоящего изобретения является устройства для беспроводной передача электрической энергии в атмосфере. Технический результат заключается в повышении эффективности и надежности беспроводной передачи электрической энергии. Технический результат достигается тем, что формирователь проводящего канала выполнен в виде электроизолированного параболического отражателя из электропроводящего материала и цилиндрического металлического электрода, установленного вокруг фокальной области параболического отражателя и соединенного с трансформатором Тесла, ось цилиндрического электрода совпадает с фокальной осью параболического отражателя, с осью проводящего канала и с центром приемного экрана, а напряжение на цилиндрическом электроде составляет 0,7-50 млн. В при частоте 1-100 кГц. В другом варианте устройства формирователь проводящего канала выполнен в виде электроизолированного фокусирующего параболического отражателя из электропроводящего материала и электроизолированного цилиндрического металлического электрода, установленного вокруг фокальной области параболического отражателя, диаметр цилиндрического электрода равен диаметру параболического отражателя, а ось цилиндрического электрода совпадает с фокальной осью параболического отражателя и с центром приемного экрана, между высоковольтным выводом передающего трансформатора Тесла и формирователем проводящего канала установлен диодный блок из двух встречно включенных диодных цепей с общим входом, соединенным с высоковольтным выводом вторичной обмотки передающего трансформатора Тесла, вывод диодной цепи с отрицательным потенциалом соединен с параболическим отражателем, а вывод диодной цепи с положительным потенциалом соединен с цилиндрическим электродом, напряжение между параболическим отражателем и цилиндрическим электродом составляет 0,7-50 млн. В. Технический результат достигается также тем, что в способе передачи электрической энергии на формирователь проводящего канала подают напряжение 0,7-50 млн. В с резонансной частотой f0=1-100 кГц и создают в формирователе проводящего канала поток электронов, γ-квантов и других ядерных частиц, ионизируют молекулы воздуха в проводящем канале диаметром 0,5-5 мм, длиной 5-500 км, передают по проводящему каналу электрическую энергию на приемный экран и высоковольтный вывод понижающего трансформатора Тесла, преобразуют электрическую энергию по напряжению и частоте в инверторе и передают в нагрузку. 4 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат – сокращение времени сопряжения передающей и приемной катушек. Согласно изобретению, когда транспортное средство приближается к месту для парковки, наземный контроллер (13) задает первый режим возбуждения для катушки (11) для передачи энергии, при котором катушка (11) для передачи энергии возбуждается в шаблоне возбуждения, содержащем идентификационные данные. Когда задается первый режим возбуждения для катушки (11) для передачи энергии, контроллер 24 транспортного средства получает идентификационные данные из шаблона возбуждения, принимаемого посредством катушки (21) для приема энергии, и передает идентификационные данные в устройство (101) передачи энергии. Затем наземный контроллер (13) определяет то, совпадают между собой или нет идентификационные данные, содержащиеся в шаблоне возбуждения, при задании первого режима возбуждения для катушки (11) передачи энергии, и идентификационные данные, полученные из шаблона возбуждения, принимаемого посредством катушки (21) для приема энергии. Если оба фрагмента идентификационных данных совпадают между собой, наземный контроллер (13) задает второй режим возбуждения для катушки (11) для передачи энергии для определения того, присутствует или нет транспортное средство в позиции выполнения процесса заряда в месте для парковки. 3 н.п. и 4 з.п.ф-лы, 29 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат – уменьшение массогабаритных размеров и температуры блока приемной катушки. Монтируемая на транспортном средстве конструкция для устройства беспроводного приема энергии включает в себя: блок (23) катушки на стороне приема энергии, включающий в себя катушку (49) на стороне приема энергии, выполненную с возможностью принимать беспроводным образом энергию, передаваемую из катушки на стороне подачи энергии; и распределительную коробку (13), вмещающую выпрямитель (45) и смонтированную на передней части верхней поверхности (23a) блока (23) катушки на стороне приема энергии. Часть (7) туннеля в днище и блок (23) катушки на стороне приема энергии формируют часть (61) с замкнутым поперечным сечением, и распределительная коробка (13) размещена в части (61) с замкнутым поперечным сечением. Задняя часть верхней поверхности (23a) блока (23) катушки на стороне приема энергии формируется в качестве поверхности (47) формирования восходящего воздушного потока, выполненной с возможностью формировать восходящий воздушный поток с помощью тепла катушки (49) на стороне приема энергии. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Группа изобретений относится к электрическим тяговым системам транспортных средств. Система (1) обеспечения электроэнергией содержит инвертер (3), электродвигатель (4), приемное устройство (5) и систему (8) пассивных электрических цепей. Причем система (8) пассивных электрических цепей содержит первую передающую цепь для передачи электрической энергии между приемным устройством (5) и электродвигателем (4), вторую передающую цепь для передачи электрической энергии между приемным устройством (5) и инвертером (3) и третью передающую цепь для передачи электрической энергии между инвертером (3) и электродвигателем (4). Система (8) пассивных электрических цепей выполнена так, что при заданной частоте зарядки комплексное сопротивление, обеспечиваемое первой передающей цепью, выше, чем заранее заданное первое блокирующее комплексное сопротивление. Комплексное сопротивление, обеспечиваемое второй передающей цепью, ниже, чем заранее заданное второе пропускающее комплексное сопротивление. Транспортное средство содержит данную систему (1) обеспечения электроэнергией. Также заявлены способ эксплуатации и способ изготовления транспортного средства. Технический результат заключается в упрощении управления потоком энергии в тяговой системе транспортного средства. 4 н. и 20 з.п. ф-лы, 3 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат – повышение эффективности передачи энергии. Раскрыты различные приемные электроды для подачи питания на нагрузку, присоединенную к емкостной системе передачи энергии. Согласно изобретению приемные электроды включают в себя первую проводящую пластину, соединенную с первым шарниром в форме сферы, при этом первый шарнир в форме сферы соединен с первым приемным электродом ; и вторую проводящую пластину, соединенную со вторым шарниром в форме сферы, при этом второй шарнир в форме сферы соединен со вторым приемным электродом, причем второй приемный электрод соединен с катушкой индуктивности емкостной системы передачи энергии, а первый приемный электрод соединен с нагрузкой, при этом катушка индуктивности соединена с нагрузкой для создания резонанса в емкостной системе передачи энергии. Также раскрыто магнитное крепление приемника к передатчику емкостной системы передачи энергии. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 11 ил.

Наверх