RU2524920C1 - Shielded system of wireless multi-position charging of mobile devices - Google Patents
Shielded system of wireless multi-position charging of mobile devices Download PDFInfo
- Publication number
- RU2524920C1 RU2524920C1 RU2013101744/07A RU2013101744A RU2524920C1 RU 2524920 C1 RU2524920 C1 RU 2524920C1 RU 2013101744/07 A RU2013101744/07 A RU 2013101744/07A RU 2013101744 A RU2013101744 A RU 2013101744A RU 2524920 C1 RU2524920 C1 RU 2524920C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- charger
- power
- coil
- antennas
- energy
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области энергетики, а более конкретно - к устройствам беспроводной передачи энергии и, в частности, к беспроводным зарядным системам, способным зарядить одно или несколько мобильных устройств одновременно.The invention relates to the field of energy, and more specifically to devices for wireless energy transmission and, in particular, to wireless charging systems capable of charging one or more mobile devices at the same time.
Мобильное устройство, заряжаемое беспроводным способом, содержит встроенную приемную катушку. Оно заряжается при расположении над передающей катушкой беспроводного зарядного устройства. В приемной катушке создается индуцированная электродвижущая сила за счет магнитного поля, созданного передающей катушкой.A wirelessly charged mobile device includes an integrated pickup coil. It charges when placed above the transmitting coil of a wireless charger. An induced electromotive force is generated in the receiving coil due to the magnetic field created by the transmitting coil.
Эффективная передача мощности одному или нескольким мобильным устройствам одновременно обуславливает необходимость увеличения размера передающей катушки или использования большого числа передающих катушек. Увеличение размера передающей системы повышает уровень паразитного электромагнитного излучения и осложняет обеспечение равномерной эффективности передачи энергии по поверхности зарядного устройства. Это вызывает трудности в применении известных беспроводных технологий передачи электроэнергии для зарядки мобильных устройств и другой бытовой техники.Efficient power transfer to one or more mobile devices at the same time necessitates an increase in the size of the transmitting coil or the use of a large number of transmitting coils. An increase in the size of the transmission system increases the level of spurious electromagnetic radiation and makes it difficult to ensure uniform efficiency of energy transfer over the surface of the charger. This causes difficulties in the application of known wireless power transmission technologies for charging mobile devices and other household appliances.
Эффективным является резонансный индуктивный способ беспроводной передачи энергии, который основан на следующем принципе: резонансные LC-контуры с одинаковыми собственными резонансными частотами образуют резонансную систему, обменивающуюся энергией через магнитное поле. Энергия магнитного поля сосредоточена внутри структуры беспроводной резонансной зарядной системы и не создает паразитарного электромагнитного излучения.An effective is the resonant inductive method of wireless energy transfer, which is based on the following principle: resonant LC circuits with the same natural resonant frequencies form a resonant system that exchanges energy through a magnetic field. The energy of the magnetic field is concentrated inside the structure of the wireless resonant charging system and does not create parasitic electromagnetic radiation.
Преимущества беспроводной зарядки мобильных устройств и другой бытовой техники явились действенным стимулом для разработки многочисленных устройств, обеспечивающих такую зарядку как для единичных устройств, так и для нескольких устройств одновременно.The advantages of wireless charging of mobile devices and other household appliances were an effective incentive for the development of numerous devices that provide such charging both for single devices and for several devices simultaneously.
В настоящее время известны следующие технические решения. Техническое решение, описанное в патенте США №8076801 [1]. Данный патент описывает приемо-передающую часть системы беспроводной передачи энергии, включающую в себя петли связи и высокодобротные многовитковые спиральные катушки. Петли связи служат для согласования приемника и передатчика энергии с соответствующими приемной и передающей спиральными катушками. Также описан способ подавления паразитного электромагнитного излучения возбуждением передающей катушки на частоте отличной от собственной частоты и сдвинутой на частоту, соответствующую нечетной собственной частоте связанных резонаторов. Данное решение имеет следующие недостатки.Currently, the following technical solutions are known. The technical solution described in US patent No. 8076801 [1]. This patent describes the transceiver part of a wireless power transmission system including communication loops and high-quality multi-turn spiral coils. Communication loops are used to coordinate the receiver and transmitter of energy with the corresponding receiving and transmitting spiral coils. A method for suppressing spurious electromagnetic radiation by excitation of a transmitting coil at a frequency different from the natural frequency and shifted by a frequency corresponding to the odd natural frequency of the coupled resonators is also described. This solution has the following disadvantages.
- Для компенсации изменений эффективности передачи энергии при изменении расстояния и/или ориентации устройства приема энергии относительно передающей катушки требуется адаптивная перестройка частоты. Для ее реализации необходимо применение передающей и приемной резонансных катушек одного типа. Магнитно-связанные катушки различных типов имеют отличающиеся частотные характеристики и требуют установки различных рабочих частот. Адаптивная перестройка частоты неосуществима для приемных катушек, имеющих коэффициент связи ниже критического.- To compensate for changes in the energy transfer efficiency when changing the distance and / or orientation of the energy receiving device relative to the transmitting coil, adaptive frequency tuning is required. For its implementation, the use of transmitting and receiving resonant coils of the same type is necessary. Magnetically coupled coils of various types have different frequency characteristics and require the installation of different operating frequencies. Adaptive frequency tuning is not feasible for receiving coils having a coupling coefficient below critical.
- Не определена реконфигурируемая решетка передающих катушек.- A reconfigurable transmitter coil array is not defined.
- Передающая катушка ухудшает чувствительность антенн, встроенных в мобильные устройства, таким образом, влияя на прием сигналов беспроводных сетей. Возможность улучшения чувствительности антенн для передачи данных отсутствует.- The transmitting coil degrades the sensitivity of antennas embedded in mobile devices, thereby affecting the reception of wireless network signals. There is no way to improve the sensitivity of antennas for data transmission.
- Экранирование системы беспроводной передачи энергии для подавления паразитного излучения электромагнитного поля не предусмотрено.- Screening of the wireless energy transmission system to suppress spurious radiation of an electromagnetic field is not provided.
Другой патент США №8299652 [2] описывает способ и устройство, которое обеспечивает передачу энергии от передающего устройства на несколько устройств приема энергии, связанных с передающим устройством на нескольких диапазонах частот. Данному решению присущи те же недостатки, которые были отмечены в отношении патента [1]. Кроме того, в качестве недостатка следует отметить, что в патенте [2] не содержится рекомендаций относительно возможности сокращения площади поверхности, необходимой для беспроводной передачи энергии большому количеству мобильных устройств.Another US Patent No. 8,299,652 [2] describes a method and apparatus that provides energy transfer from a transmitting device to several power receiving devices associated with a transmitting device over several frequency ranges. This decision has the same disadvantages that were noted in relation to the patent [1]. In addition, it should be noted as a drawback that the patent [2] does not contain recommendations regarding the possibility of reducing the surface area necessary for wireless energy transfer to a large number of mobile devices.
В патенте США №8102147 [3] описана система, включающая в себя множество устройств беспроводной передачи энергии. Она позволяет заряжать большое число мобильных устройств. Система беспроводной передачи энергии представляет собой стол, на поверхности которого установлено множество блоков беспроводной передачи энергии, каждый из которых включает в себя передающую катушку. Аккумулятор приемного устройства экранирован от магнитного поля передающей катушки. Данное решение имеет следующие недостатки.US Pat. No. 8,102,147 [3] describes a system including a plurality of wireless power transmission devices. It allows you to charge a large number of mobile devices. A wireless power transmission system is a table on the surface of which there are a plurality of wireless power transmission units, each of which includes a transmitting coil. The receiver battery is shielded from the magnetic field of the transmitter coil. This solution has the following disadvantages.
- Экранирование блоков беспроводной передачи энергии для подавления паразитного излучения электромагнитного поля не предусмотрено.- The screening of the blocks of wireless energy transfer to suppress spurious radiation of an electromagnetic field is not provided.
- Произвольная ориентация устройств приема энергии не допускается.- Arbitrary orientation of power receiving devices is not allowed.
Патентная заявка США №2011/0062914 [4] описывает способ и устройство для беспроводной зарядки мобильного устройства. Способ предусматривает: обнаружение мобильного устройства, расположенного на зарядном устройстве, по уникальному идентификатору мобильного устройства; определение, поддерживает ли мобильный устройство беспроводную зарядку; подачу постоянного тока на первичную катушку зарядного устройства для выравнивания положения мобильного устройства относительно зарядного устройства; отключение постоянного тока, а затем подачу переменного напряжения на первичную катушку и электропитание зарядного устройства мощностью, необходимой для мобильного устройства. Данное решение имеет следующие недостатки.US patent application No. 2011/0062914 [4] describes a method and apparatus for wirelessly charging a mobile device. The method includes: detecting a mobile device located on the charger by the unique identifier of the mobile device; determining if the mobile device supports wireless charging; supplying direct current to the primary coil of the charger to align the position of the mobile device relative to the charger; turning off the direct current, and then applying alternating voltage to the primary coil and powering the charger with the power needed for the mobile device. This solution has the following disadvantages.
- Экранирование блоков беспроводной передачи энергии для подавления паразитного излучения электромагнитного поля не предусмотрено.- The screening of the blocks of wireless energy transfer to suppress spurious radiation of an electromagnetic field is not provided.
- Методика повышения чувствительности встроенных антенн мобильного устройства для передачи данных и связи не описана.- The methodology for increasing the sensitivity of the built-in antennas of a mobile device for data transmission and communication is not described.
- Произвольная ориентация мобильных устройств, принимающих энергию, не предусмотрена.- Arbitrary orientation of mobile devices receiving energy is not provided.
Патентная заявка США №2011/0210621 [5] описывает устройство беспроводной передачи энергии для эндоскопа капсульного типа. Конструкция имеет три катушки, которые создают магнитное поле в направлениях, ортогональных одно другому; датчик силы тяжести, который определяет направление вектора гравитации; блок переключения катушек, который выбирает катушку, создающую магнитное поле в направлении гравитации; и блок генератора мощности, подающего переменный ток на выбранную катушку. Данное решение имеет следующие недостатки.US Patent Application No. 2011/0210621 [5] describes a wireless power transmission device for a capsule-type endoscope. The design has three coils that create a magnetic field in directions orthogonal to one another; gravity sensor, which determines the direction of the gravity vector; a coil switching unit that selects a coil generating a magnetic field in the direction of gravity; and a power generator unit supplying alternating current to the selected coil. This solution has the following disadvantages.
Экранирование передающих катушек для подавления паразитного излучения электромагнитного поля не предусмотрено.Shielding transmitting coils to suppress spurious radiation of an electromagnetic field is not provided.
- Отсутствуют средства передачи данных от приемника энергии.- There are no means of transmitting data from the energy receiver.
- Одновременная зарядка нескольких устройств приема энергии не предусмотрена.- Simultaneous charging of several power receiving devices is not provided.
Патентная заявка США №2011/0046438 [6] описывает систему беспроводной передачи энергии, которая включает в себя: множество передающих антенн, каждая из которых включает в себя резонансный контур из передающей катушки и конденсатора, каждая передающая антенна расположена так, чтобы генерировать магнитное поле в нужном направлении; микроконтроллер, управляющий резонансным состоянием каждой передающей антенны, множество блоков генерации мощности, связанных с множеством передающих антенн и управляющих каждой из множества передающих антенн; и блок питания множества блоков генерации мощности. Данное решение имеет те же недостатки, которые отмечены в отношении заявки [5].US Patent Application No. 2011/0046438 [6] describes a wireless power transmission system, which includes: a plurality of transmit antennas, each of which includes a resonant circuit from a transmit coil and a capacitor, each transmit antenna is positioned so as to generate a magnetic field in desired direction; a microcontroller that controls the resonance state of each transmit antenna, a plurality of power generation units associated with a plurality of transmit antennas and control each of a plurality of transmit antennas; and a power unit of a plurality of power generation units. This decision has the same disadvantages that are noted in relation to the application [5].
Аналогичные недостатки присущи решению, предложенному в патенте США №8304935 [7], где описана система беспроводной передачи энергии, содержащая передающий резонатор, связанный с источником энергии, и приемный резонатор, расположенный на расстоянии от передающего резонатора. Передающий резонатор и приемный резонатор связаны в ближнем поле для обеспечения беспроводной передачи энергии между передающим резонатором и приемным резонатором; поле, по меньшей мере, одного из передающего и приемного резонаторов имеет форму, огибающую объект, вызывающий потери энергии.Similar disadvantages are inherent in the solution proposed in US patent No. 8304935 [7], which describes a wireless power transmission system comprising a transmitting resonator coupled to an energy source and a receiving resonator located at a distance from the transmitting resonator. A transmitting resonator and a receiving resonator are coupled in the near field to provide wireless energy transfer between the transmitting resonator and the receiving resonator; the field of at least one of the transmitting and receiving resonators has a shape enveloping the object, causing energy loss.
К наиболее близким аналогам заявляемого технического решения следует отнести патенты США №7948208 [8], США №7952322 [9] и заявку на патент США №2011/0221385 [10], описывающие сходную систему из портативных индуктивных источников питания, выполненных в виде устройства или модуля, для электропитания или для зарядки электрических, электронных, мобильных и других устройств. В соответствии с предложенными вариантами реализации система включает в себя базовый блок в форме стола или аналогичной поверхности, содержащей устройство передачи энергии. Устройство передачи энергии создает переменное магнитное поле путем подачи переменного тока на обмотку, катушку или любой тип токоведущих проводов. Наличие электронных устройств, поддерживающих беспроводную зарядку и расположенных близко и по центру относительно одной или нескольких первичных катушек базового блока, обнаруживается путем контроля тока, проходящего через одну или несколько первичных катушек. Для исключения влияния электромагнитного поля, созданного устройством передачи энергии на проводящие части приемного устройства, предлагается обеспечить достаточное расстояние между приемной катушкой и другими проводящими частями или использовать ферритовый материал между приемной катушкой и проводящими частями приемного устройства для экранирования приемного устройства. Данное решение имеет следующие недостатки.The closest analogues of the proposed technical solution include US patents No. 7948208 [8], US No. 7952322 [9] and application for US patent No. 2011/0221385 [10], describing a similar system of portable inductive power sources made in the form of a device or module, for power supply or for charging electrical, electronic, mobile and other devices. In accordance with the proposed implementation options, the system includes a base unit in the form of a table or similar surface containing an energy transfer device. The energy transfer device creates an alternating magnetic field by applying alternating current to a winding, coil or any type of current-carrying wires. The presence of electronic devices that support wireless charging and located close and centrally relative to one or more primary coils of the base unit is detected by monitoring the current passing through one or more primary coils. To exclude the influence of the electromagnetic field created by the energy transfer device on the conductive parts of the receiver, it is proposed to provide a sufficient distance between the receiver coil and other conductive parts or to use ferrite material between the receiver coil and the conductive parts of the receiver to shield the receiver. This solution has the following disadvantages.
- Экранирование передающих катушек для подавления паразитного излучения электромагнитного поля не предусмотрено.- Shielding of the transmitting coils to suppress spurious radiation of an electromagnetic field is not provided.
- Средства повышения чувствительности встроенных антенн мобильного устройства для передачи данных и мобильной связи отсутствуют.- There are no means to increase the sensitivity of the built-in antennas of a mobile device for data transmission and mobile communications.
- Произвольная ориентация мобильных устройств, принимающих энергию, не предусмотрена.- Arbitrary orientation of mobile devices receiving energy is not provided.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в разработке такой системы беспроводной зарядки, которая лишена большинства присущих аналогам недостатков и способна обеспечить:The problem to which the invention is directed, is to develop such a wireless charging system, which is devoid of most of the inherent disadvantages of analogues and is able to provide:
- зарядку нескольких мобильных устройств одновременно;- Charging multiple mobile devices at the same time;
- упрощенную адаптивную перенастройку;- simplified adaptive reconfiguration;
- ослабление излучения в дальнюю зону и исключение паразитной электромагнитной интерференции;- attenuation of radiation to the far zone and the exclusion of spurious electromagnetic interference;
- сохранение чувствительности заряжаемых мобильных устройств к сигналам беспроводных сетей;- maintaining the sensitivity of charged mobile devices to wireless network signals;
- защиту человека от воздействия электромагнитного излучения. Технический результат достигается за счет создания усовершенствованной беспроводной многопозиционной зарядной системы, включающей в себя базовый блок в форме одной или нескольких поверхностей, снабженных передающими катушками, создающими переменное магнитное поле за счет подачи переменного тока на обмотку, катушку, или любой тип токоведущих проводов, сгруппированных в решетку; а также устройство приема энергии, содержащее схему управления электропитанием и приемную катушку, индуцирующую ток в магнитном поле передающей катушки, при этом отличительными признаками заявляемой системы являются следующие:- protection of a person from exposure to electromagnetic radiation. The technical result is achieved by creating an improved wireless multi-position charging system, which includes a base unit in the form of one or more surfaces, equipped with transmitting coils that create an alternating magnetic field by supplying alternating current to a winding, coil, or any type of current-carrying wires grouped in grating; as well as an energy receiving device containing a power management circuit and a receiving coil, inducing current in the magnetic field of the transmitting coil, while the distinguishing features of the claimed system are the following:
- наличие экранирующей структуры, выполненной с возможностью ослабления интенсивности электромагнитного поля вне экранированного беспроводного многопозиционного зарядного устройства;- the presence of a shielding structure made with the possibility of attenuating the intensity of the electromagnetic field outside the shielded wireless multi-position charger;
- наличие встроенных в зарядное устройство пассивных ретранслирующих антенн;- the presence of passive relay antennas built into the charger;
- группирование передающих катушек в решетках таким образом, что магнитное поле локализуется внутри структуры и не выходит за пределы активной области;- grouping the transmitting coils in the gratings in such a way that the magnetic field is localized inside the structure and does not go beyond the active region;
- возможность адаптивной настройки зарядного устройства к произвольному расположению заряжаемых устройств на поверхности зарядного устройства.- the ability to adaptively configure the charger to an arbitrary location of the charged devices on the surface of the charger.
К основным преимуществам настоящего изобретения относятся:The main advantages of the present invention include:
- Применение экранирующей структуры для экранированной системы беспроводной многопозиционной зарядки мобильных устройств, с целью ослабления излучения в дальнюю зону и исключения паразитной электромагнитной интерференции. Распространение электромагнитного поля ограничено структурой экранированной системы беспроводной многопозиционной зарядки мобильных устройств. Излучение в дальнюю волновую зону подавляется за счет конструкции системы. При этом, предлагаемая структура обеспечивает эффективное решение проблемы электромагнитной совместимости и обеспечивает защиту человека от воздействия электромагнитного излучения.- The use of a shielding structure for a shielded system of multi-position wireless charging of mobile devices, with the aim of attenuating radiation in the far zone and eliminating spurious electromagnetic interference. The propagation of the electromagnetic field is limited by the structure of the shielded wireless multi-position charging system for mobile devices. The radiation in the far wave zone is suppressed due to the design of the system. Moreover, the proposed structure provides an effective solution to the problem of electromagnetic compatibility and provides protection to humans from exposure to electromagnetic radiation.
- Возможность беспроводной зарядки нескольких мобильных устройств одновременно. При этом используется решетка передающих катушек, магнитно связанных друг с другом и с мобильными устройствами. Для того чтобы мобильные устройства могли получать электрическую энергию, они должны находиться в активных зонах зарядного устройства.- Ability to wirelessly charge multiple mobile devices at the same time. In this case, a grid of transmitting coils magnetically coupled to each other and to mobile devices is used. In order for mobile devices to receive electrical energy, they must be in the active zones of the charger.
- Реализация беспроводной многопозиционной зарядной системы с перестраиваемым согласованием нагрузочного импеданса и электропитанием решетки передающих катушек, обеспечивающей фокусировку магнитного потока в одной или нескольких активных зонах между соседними передающими катушками.- Implementation of a wireless multi-position charging system with tunable matching of the load impedance and power supply to the array of transmitting coils, which focuses the magnetic flux in one or more active zones between adjacent transmitting coils.
- Обеспечение эффективной связи встроенной в мобильное устройство антенны со свободным пространством вне беспроводного многопозиционного зарядного устройства. Беспроводная многопозиционная зарядная система не влияет на чувствительность заряжаемого мобильного устройства к сигналам сетей беспроводной связи благодаря встроенным пассивным ретранслирующим антеннам. Эти ретранслирующие антенны связаны с встроенными в мобильное устройство антеннами для излучения или приема сигналов беспроводных сетей.- Ensuring effective communication of the antenna built into the mobile device with free space outside the wireless multi-position charger. Wireless multi-position charging system does not affect the sensitivity of the charged mobile device to the signals of wireless networks thanks to the built-in passive relay antennas. These relay antennas are connected to antennas integrated in the mobile device to emit or receive wireless network signals.
В заявляемой беспроводной многопозиционной зарядной системе проблема электромагнитной совместимости и подавления паразитного излучения электромагнитного поля решаются с помощью:In the inventive wireless multi-position charging system, the problem of electromagnetic compatibility and suppression of spurious radiation of an electromagnetic field are solved using:
- экранирующей структуры, окружающей решетку передающих катушек;- a shielding structure surrounding the grating of the transmitting coils;
- расположения решетки передающих катушек таким образом, что магнитное поле локализуется внутри структуры и не выходит за пределы активной области.- the location of the lattice of the transmitting coils in such a way that the magnetic field is localized within the structure and does not go beyond the active region.
Система беспроводной многопозиционной зарядки мобильных устройств (далее - система) включает в себя собственно зарядное устройство и одно или более устройств приема энергии. Под термином «устройство приема энергии» следует понимать электрическое, электронное, с аккумуляторным электропитанием, мобильное или любое другое устройство, способное потреблять энергию или заряжаться беспроводным способом через магнитное поле.A wireless multi-position charging system for mobile devices (hereinafter referred to as the system) includes a charger itself and one or more power receiving devices. The term "energy receiving device" should be understood as electric, electronic, battery-powered, mobile or any other device capable of consuming energy or charging wirelessly through a magnetic field.
В одном из вариантов реализации система состоит из следующих элементов: зарядное устройство, включающее в себя решетку передающих катушек, установленную в одну или несколько плоских поверхностей, так что каждая поверхность содержит, по меньшей мере, одну передающую катушку; устройства приема энергии, которые при беспроводной зарядке располагаются на поверхностях зарядного устройства.In one embodiment, the system consists of the following elements: a charger that includes a grid of transmitting coils mounted on one or more flat surfaces, so that each surface contains at least one transmitting coil; energy receiving devices, which, when wirelessly charged, are located on the surfaces of the charger.
В объеме между соседними передающими катушками зарядного устройства сформированы активные зоны, характеризующиеся тем, что в них амплитуда плотности магнитного потока максимальна. Одно или несколько устройств приема энергии, помещенных в этих активных зонах, заряжаются беспроводным способом. Экранирующая структура сформирована как из электропроводящих, так и из магнитных поверхностей, окружающих решетку передающих катушек. Эта экранирующая структура ограничивает магнитное поле, генерируемое при беспроводной передаче энергии, в пределах зарядного устройства.In the volume between adjacent transmitting coils of the charger, active zones are formed, characterized in that the amplitude of the magnetic flux density is maximum in them. One or more power receiving devices located in these active zones is charged wirelessly. The shielding structure is formed from both electrically conductive and magnetic surfaces surrounding the grating of the transmitting coils. This shielding structure limits the magnetic field generated by wireless energy transfer within the charger.
Каждое мобильное устройство располагается на поверхности зарядного устройства так, что его приемная катушка находится в одной из активных зон и связана с передающей катушкой. В этом случае каждая приемная катушка локализована в области с интенсивным потоком магнитного поля, возбужденного решеткой передающих катушек.Each mobile device is located on the surface of the charger so that its receiving coil is located in one of the active zones and is connected to the transmitting coil. In this case, each receiving coil is localized in a region with an intense magnetic field flux excited by the array of transmitting coils.
Также элементом системы является устройство приема энергии, способное получать электропитание или заряжаться с помощью приемной катушки. Когда устройство приема энергии помещается в активной зоне, приемная катушка и соответствующая передающая катушка связываются магнитным потоком, проходящим через обе катушки. Таким образом, магнитный поток, создаваемый передающей катушкой, индуцирует ток в приемной катушке, и энергия передается в устройство приема энергии. Устройство приема энергии содержит выпрямитель, подключенный к приемной катушке, и схему управления электропитанием, включающую схему заряда аккумулятора.Also, an element of the system is an energy receiving device capable of receiving power or being charged using a receiving coil. When the energy receiving device is placed in the core, the receiving coil and the corresponding transmitting coil are coupled by magnetic flux passing through both coils. Thus, the magnetic flux generated by the transmitting coil induces current in the receiving coil, and energy is transmitted to the energy receiving device. The energy receiving device comprises a rectifier connected to the receiving coil and a power management circuit including a battery charge circuit.
В одном из вариантов реализации зарядное устройство включает в себя встроенную схему электропитания для возбуждения магнитного поля с помощью решетки передающих катушек.In one embodiment, the charger includes an integrated power supply circuit for exciting a magnetic field using a grid of transmitting coils.
В некоторых вариантах реализации решетка передающих катушек получает энергию посредством схемы согласования передатчика, подключенной к соответствующим передающим катушкам. Схема согласования передатчика выполнена с возможностью распределения мощности и согласования импеданса для каждой передающей катушки. В соответствии с таким вариантом реализации схема распределения мощности и согласования импеданса включает в себя следующие компоненты: источник электропитания, питающий один или несколько радиочастотных генераторов мощности, блоки согласования передатчика и переключатели. Эти компоненты выполнены с возможностью определения плотности тока и направления тока в каждой передающей катушке, следовательно, они определяют распределение плотности генерируемого магнитного потока и количество активных зон.In some embodiments, the transmitter coil array receives energy through a transmitter matching circuitry connected to the respective transmitter coils. The transmitter matching circuit is configured to distribute power and match the impedance for each transmitter coil. In accordance with such an embodiment, the power distribution and impedance matching circuit includes the following components: a power supply supplying one or more radio frequency power generators, transmitter matching units, and switches. These components are configured to determine the current density and current direction in each transmitting coil, therefore, they determine the density distribution of the generated magnetic flux and the number of active zones.
В соответствии с другим вариантом реализации каждая передающая катушка получает энергию от соответствующей цепи электропитания.According to another embodiment, each transmitting coil receives energy from a respective power supply circuit.
Использование решетки передающих катушек с активным и пассивным режимами возбуждения обеспечивает одновременную и эффективную зарядку различных типов устройств приема энергии, расположенных в активных зонах зарядного устройства.The use of a lattice of transmitting coils with active and passive modes of excitation provides simultaneous and efficient charging of various types of energy receiving devices located in the active zones of the charger.
В некоторых вариантах реализации используется алгоритм, автоматически определяющий положение устройства приема энергии. После определения положения изменяется распределение интенсивности магнитного потока в соответствующих активных зонах.In some embodiments, an algorithm is used that automatically determines the position of the power receiving device. After determining the position, the distribution of the magnetic flux intensity in the corresponding active zones changes.
В соответствии с основным вариантом реализации экранирующие поверхности окружают решетку передающих катушек для защиты окружающего электронного оборудования от электромагнитных помех и подавления паразитного излучения от зарядного устройства. Экранирующие поверхности, как правило, формируются из тонких пленок феррита, искусственных магнитопроводящих материалов или их комбинации.In accordance with the main embodiment, shielding surfaces surround the array of transmitting coils to protect the surrounding electronic equipment from electromagnetic interference and suppress spurious radiation from the charger. Shielding surfaces are typically formed from thin films of ferrite, artificial magnetically conductive materials, or a combination thereof.
В соответствии с основным вариантом реализации экранирующие поверхности включают в себя пассивные ретранслирующие антенны. Они связаны с антеннами, встроенными в устройство приема энергии, для излучения или приема сигналов беспроводных сетей из свободного пространства за пределами зарядного устройства. Ретранслирующие антенны равномерно располагаются по периметру каждой активной зоны. Таким образом, достигается эффективный прием сигналов беспроводных сетей для любой позиции и ориентации устройства приема энергии.In accordance with a major embodiment, shielding surfaces include passive relay antennas. They are associated with antennas integrated in an energy receiving device for emitting or receiving wireless network signals from free space outside the charger. Relay antennas are evenly spaced around the perimeter of each core. Thus, efficient reception of wireless network signals for any position and orientation of the power receiving device is achieved.
Для лучшего понимания существа заявляемого изобретения варианты его реализации поясняются далее со ссылками на графические материалы.For a better understanding of the essence of the claimed invention, options for its implementation are explained below with reference to graphic materials.
Фиг.1 - упрощенный внешний вид экранированной системы беспроводной многопозиционной зарядки мобильных устройств в соответствии с одним из вариантов реализации изобретения.Figure 1 is a simplified appearance of a shielded system of multiple wireless charging of mobile devices in accordance with one embodiment of the invention.
Фиг.2 - схема расположения решетки передающих катушек и активных зон, в которых возможна эффективная беспроводная передача энергии.Figure 2 - arrangement of the lattice of the transmitting coils and active zones in which efficient wireless energy transfer is possible.
Фиг.3 - схема подключения цепи электропитания к решетке передающих катушек и подключения приемной катушки к схеме заряда и к аккумулятору.Figure 3 - connection diagram of the power circuit to the grid of the transmitting coils and connecting the receiving coil to the charge circuit and to the battery.
Фиг.4 - распределение магнитного поля с фокусировкой в определенных активных зонах.Figure 4 - distribution of the magnetic field with focus in certain active zones.
Фиг.5 - равномерное распределение магнитного поля между активными зонами.Figure 5 - uniform distribution of the magnetic field between the active zones.
Фиг.6 - график зависимости величины тока в передающей катушке в пассивном режиме возбуждения от нагрузочного импеданса соответствующей схемы согласования передатчика.6 is a graph of the current in the transmitting coil in the passive excitation mode on the load impedance of the corresponding transmitter matching circuit.
Фиг.7 - упрощенный внешний вид решетки передающих катушек с устройствами приема энергии в различных позициях и ориентациях в соответствии с одним из вариантов реализации изобретения.7 is a simplified appearance of a grid of transmitting coils with energy receiving devices in various positions and orientations in accordance with one embodiment of the invention.
Фиг.8 - упрощенная конструкция экранирующей структуры в соответствии с одним из вариантов реализации изобретения.Fig. 8 is a simplified construction of a shielding structure in accordance with one embodiment of the invention.
Фиг.9.1 - расположение пассивных ретранслирующих антенн, связанных с антеннами, встроенными в устройства приема энергии, в соответствии с одним из вариантов реализации изобретения.Fig. 9.1 is an arrangement of passive relay antennas associated with antennas integrated in power receiving devices, in accordance with one embodiment of the invention.
Фиг.9.2 - расположение пассивных ретранслирующих антенн и согласующих элементов, связанных с антеннами, встроенными в устройство приема энергии, в соответствии с одним из вариантов реализации изобретения.Figure 9.2 shows an arrangement of passive relay antennas and matching elements associated with antennas integrated in an energy receiving device, in accordance with one embodiment of the invention.
Внешний вид системы, использующей электромагнитную индукцию, в соответствии с настоящим изобретением показан на Фиг.1. Система включает в себя зарядное устройство 110 и несколько устройств 120 приема энергии. Каждое устройство 121-124 приема энергии либо включает в себя аккумулятор и средства для его беспроводной зарядки, либо работает, получая энергию непосредственно от зарядного устройства.The appearance of a system using electromagnetic induction in accordance with the present invention is shown in FIG. The system includes a
Экранирующая структура 111 зарядного устройства 110 ограничивает магнитное поле, генерируемое при беспроводной передаче энергии в пределах объема зарядного устройства 110.The shielding
Аккумулятор, установленный в устройствах 120 приема энергии, является перезаряжаемым, таким как литий ионный, литий полимерный или другого типа. Зарядное устройство 110 принимает электрическую энергию от внешнего источника электропитания и генерирует магнитное поле для беспроводной зарядки аккумулятора в устройствах 120 приема энергии. В соответствии с Фиг.1 зарядное устройство 110 выполнено в виде ряда плоских поверхностей, предназначенных для размещения устройств 120 приема энергии, тем не менее, оно может быть реализовано и в других формах. Зарядное устройство 110 включает в себя решетку передающих катушек, каждое из устройств 120 приема энергии включает в себя приемную катушку.The battery installed in the
В одном из вариантов реализации пассивные ретранслирующие антенны 130 встроены в зарядное устройство 110 для излучения и приема сигналов беспроводных сетей устройствами 120 приема энергии.In one embodiment,
В одном из вариантов реализации источник 140 ультрафиолетового излучения встроен в зарядное устройство 110 для дезинфекции устройств 120 приема энергии.In one embodiment, an
На Фиг.2 представлена схема расположения решетки передающих катушек 210 и активных зон 220 зарядного устройства 110. В активных зонах 221, 222 возможна эффективная беспроводная передача энергии. Каждая передающая катушка 211-214 установлена в соответствующей ей плоской поверхности экранирующей структуры 111 (см. Фиг.1). В этом случае активные зоны 220 формируются на каждой поверхности, таким образом, что амплитуда потока магнитного поля максимальна на этой поверхности. Таким образом, устройства 120 приема энергии, размещенные в активных зонах 220, обеспечиваются электропитанием или заряжаются беспроводным способом.Figure 2 presents the layout of the lattice of the transmitting
Фиг.3 иллюстрирует схему подключения цепи электропитания к решетке передающих катушек 211-214 и подключение приемной катушки к схеме 331 заряда и к аккумулятору 371. В соответствии с данным вариантом реализации зарядное устройство 110 (см. Фиг.1) включает в себя цепь 310 электропитания, подключенную к решетке передающих катушек 211-214 и, таким образом, определяющую интенсивность и пространственное распределение генерируемого магнитного поля. При этом цепь 310 электропитания включает в себя следующие компоненты: источник 311 электропитания, радиочастотный генератор 312 мощности, переключатель 313 и блок 314 согласования передатчика. Цепь 310 электропитания используется для распределения энергии и согласования импеданса в решетке передающих катушек 211-214.FIG. 3 illustrates a circuit for connecting a power circuit to a grid of transmitting coils 211-214 and connecting a receiving coil to a
Источник 311 электропитания соединен с радиочастотным генератором 312 мощности. Радиочастотный генератор 312 мощности генерирует переменный ток и подает его на вход блоков 314 согласования передатчика посредством переключателей 313.A
В другом варианте реализации в цепи 310 электропитания отсутствуют переключатели 313. В этом случае один или несколько радиочастотных генераторов 312 мощности напрямую подключены к блокам 314 согласования передатчика.In another embodiment, there are no
Как показано на Фиг.3, решетка из N передающих катушек 211-214 соединена с N блоками 314 согласования передатчика. Блоки 314 согласования передатчика обеспечивают распределение мощности и согласование импеданса для каждой из передающих катушек 211-214.As shown in FIG. 3, a grid of N transmitting coils 211-214 is connected to N
Активные зоны 220 (см. Фиг.2) образуются в объеме между соседними передающими катушками, например, между катушкой 211 (1) и катушкой 212 (2) или между катушкой 213 (N-1) и катушкой 214 (N). Каждое из устройств 121, 122 приема энергии размещено таким образом, что приемные катушки 321, 322 (см. Фиг.3) соответственно находится в одной из активных зон 221, 222 и связана по магнитному полю с решеткой передающих катушек 211-214. В этом случае каждая приемная катушка 321, 322 локализована в зоне интенсивного магнитного потока, генерируемого решеткой передающих катушек 211-214Active zones 220 (see FIG. 2) are formed in the volume between adjacent transmitting coils, for example, between coil 211 (1) and coil 212 (2) or between coil 213 (N-1) and coil 214 (N). Each of the
Как показано на Фиг.3, устройство 121 приема энергии содержит приемную катушку 321, схему 331 заряда и аккумулятор 371. Приемная катушка 321 индуктивно связана с соответствующей передающей катушкой 211. Таким образом, магнитное поле, создаваемое передающей катушкой 211, индуцирует ток в приемной катушке 321. Схема 331 заряда предназначена для зарядки аккумулятора 371 за счет энергии принятой приемной катушкой 321.As shown in FIG. 3, the
В данном описании термин «схема 331 заряда» интерпретируется как «схема электропитания» и для случая зарядки аккумулятора 371, и для случая непосредственного электропитания устройства 121 приема энергии.In this description, the term “
В соответствии с одним из вариантов реализации схема 331 заряда обеспечивает электропитание устройства 121 приема энергии или заряжает его аккумулятор 371 или выполняет оба действия одновременно. Схема 331 заряда включает в себя любые подходящие для ее функционирования компоненты. Энергия, принятая приемной катушкой 321 от соответствующей передающей катушки 211, поступает в выпрямитель 351 посредством блока 341 согласования приемника. Выпрямитель 351 подключен к регулятору 361 электропитания. Регулятор 361 электропитания реализует различные функции, в том числе: стабилизацию напряжения для электропитания устройства 121 приема энергии, измерение параметров аккумулятора 371 (напряжение, ток, мощность). Требуемый режим зарядки аккумулятора 371 запрограммирован в регуляторе 361 электропитания. Выполнение этих функций основывается на корректном регулировании тока на выходе выпрямителя 351, в приемной катушке 321 и в передающей катушке 211In accordance with one embodiment, the
В соответствии с одним из вариантов реализации одно или более устройств 120 приема энергии размещают в зарядном устройстве 110 в одной или более активных зонах 220 (см. Фиг.1, 2). Зарядное устройство 110 распознает местоположение каждого из устройств 120 приема энергии в соответствии с одним из перечисленных ниже алгоритмов реализации автоматического обнаружения.In accordance with one embodiment, one or more
В некоторых вариантах реализации зарядное устройство 110 и устройства 120 приема энергии (см. Фиг.1) устанавливают связь друг с другом для передачи данных. Методы, используемые в сетях связи, такие как RFID, NFC, Bluetooth, Bluetooth low-energy (BLE), Zig-Bee, «2.4 GHz Ant+» или любой другой способ передачи информации, применимы для автоматического обнаружения устройств 120 приема энергии.In some embodiments, the
В соответствии с одним из вариантов реализации различные типы антенн применимы для приемопередатчика данных зарядного устройства 110 и для одного или более устройств 120 приема энергии (см. Фиг.1). Эти антенны предназначены для передачи информации о присутствии устройства 120 приема энергии, его идентификационных данных, параметров емкости аккумулятора и режима зарядки.In accordance with one embodiment, various types of antennas are applicable to the data transceiver of the
В некоторых вариантах реализации антенны интегрированы с передающими катушками 211 и приемными катушками 321 (см. Фиг.3). В других вариантах реализации антенны передачи данных применяются отдельно от катушек беспроводной передачи энергии.In some embodiments, the antennas are integrated with
В соответствии с одним из вариантов реализации для определения позиции одного или более устройств 120 приема энергии используется алгоритм автоматического обнаружения (см. Фиг.1). В некоторых вариантах реализации алгоритм работает следующим образом. В ненагруженном режиме зарядное устройство 110 имеет пониженное энергопотребление. Передающие катушки 210 в заданные интервалы времени кратковременно передают энергию для активации устройств 120 приема энергии. Затем зарядное устройство 110 ожидает получения обратного сигнала от устройств 120 приема энергии, которые находятся в соответствующих активных зонах 220 (см. Фиг.2). После обнаружения одного или нескольких устройств 120 приема энергии зарядное устройство 110 начинает обмен информацией с каждым из них.In accordance with one embodiment, an automatic detection algorithm is used to determine the position of one or more power receiving devices 120 (see FIG. 1). In some implementations, the algorithm works as follows. In unloaded mode, the
Информационная посылка включает в себя: идентификационный код, с помощью которого проверяется совместимость устройств 110 и 120; уровень мощности, требуемый для каждого устройства приема энергии, и характеристики требуемых режимов передачи энергии для каждого устройства.The information package includes: an identification code with which the compatibility of
В другом упрощенном варианте реализации нет необходимости в передаче информации между одним или более устройствами 120 приема энергии и зарядным устройством 110. В некоторых вариантах реализации зарядное устройство 110 определяет присутствие устройств 120 приема энергии путем обнаружения изменений в состоянии цепи 310 электропитания (см. Фиг.2, 3) некоторых передающих катушек 211-214, когда устройства 120 приема энергии находятся в одной из активных зон 220. В других вариантах реализации присутствие устройств 120 приема энергии определяется с помощью ряда датчиков, таких как емкостные, магнитные, оптические или другие датчики, которые способны определить наличие устройств в активных зонах 220.In another simplified embodiment, it is not necessary to transmit information between one or more
После обнаружения устройства 120 приема энергии зарядное устройство 110 активирует соответствующую передающую катушку 211, 212, 213 или 214 для перераспределения магнитного поля и реализации беспроводной передачи энергии через соответствующие активные зоны 220 (см. Фиг.2, 3) в соответствующую приемную катушку 321 или 322 и, следовательно, в схему 331 или 332 заряда. Распределение магнитного потока определяется расположением передающих катушек 211-214 в решетке 210, плотностью тока и направлением тока в каждой катушке.After detecting the
Блоки 314 согласования передатчика обеспечивают согласование импеданса выхода радиочастотного генератора 312 мощности с каждой передающей катушкой. Плотности токов в каждой катушке определяются импедансом соответствующих блоков 314 согласования передатчика и состояниями переключателей 313.
В соответствии с одним из вариантов реализации выполняются два режима возбуждения для каждой передающей катушки 211, 212, 213 или 214. В качестве примера далее рассматривается передающая катушка 211, однако приведенные ниже данные справедливы для любой из передающих катушек.In accordance with one embodiment, two drive modes are performed for each
При активном режиме возбуждения энергия источника 311 электропитания непосредственно подается в передающую катушку 211, она генерирует энергию магнитного поля в окружающем пространстве, что вызывает токи в соседних передающих катушках 212. Как показано на Фиг.3, замкнутый переключатель 313 соединяет цепь 310 электропитания с катушкой 211. Этот режим используется для высокоэффективной передачи максимальной мощности в устройство 121 приема энергии, расположенное в непосредственной близости от передающей катушки 211.In the active excitation mode, the energy of the
При пассивном режиме возбуждения передающая катушка 211 отключена от источника 311 электропитания. Разомкнутый переключатель 313 изолирует передающую катушку 211 от цепи 310 электропитания. Передающая катушка 211 выступает в качестве эффективного ретранслятора для передачи энергии от одной передающей катушки, например, 212 или 213, к другой, например, 211, для получения необходимого распределения плотности магнитного потока. Этот режим должен быть использован для высокоэффективной передачи низкой мощности в устройство 120 приема энергии, расположенное в непосредственной близости от передающей катушки 211 и реализующее низкое энергопотребление.In the passive excitation mode, the transmitting
Использование решетки передающих катушек 210 (см. Фиг.2) с активным и пассивным режимами возбуждения позволяет одновременно и эффективно заряжать различные типы устройств 120 приема энергии в зарядном устройстве 110 (см. Фиг.1). Например, в то время как одно устройство 121 приема энергии заряжается в одной активной зоне 221, другое устройство 122 приема энергии заряжается в другой активной зоне 222, расположенной рядом с другой передающей катушкой 212.The use of a lattice of transmitting coils 210 (see FIG. 2) with active and passive excitation modes makes it possible to simultaneously and efficiently charge various types of
На Фиг.4 и 5 показаны примеры различных настроек для блоков 314 согласования передатчика (см. Фиг.3) и соответствующих распределений плотности магнитного поля для структуры из четырех передающих катушек 210. На Фиг.4 показан пример распределения плотности магнитного поля для структуры из одной активной передающей катушки 211 и трех пассивных передающих катушек 212-214, настроенных для фокусировки магнитного поля в двух активных зонах 221 и 222. На Фиг.5 показан другой пример распределения плотности магнитного поля для той же структуры из одной активной передающей катушки 211 и трех пассивных передающих катушек 212-214, с настройкой на распределение магнитного поля равномерно во всех активных зонах 221-223.Figures 4 and 5 show examples of different settings for transmitter matching units 314 (see Figure 3) and corresponding magnetic field density distributions for a structure of four transmitter coils 210. Figure 4 shows an example of a magnetic field density distribution for a structure of one an
Как показано на Фиг.4 и 5, перераспределение активных зон 221-223 реализуется с помощью активного или пассивного режима возбуждения решетки передающих катушек 210 и/или с помощью настройки нагрузочных импедансов блоков 314 согласования передатчика (см. Фиг.3). Различные настройки блоков 314 согласования передатчика вызывают синфазные или сдвинутые по фазе на 180° токи в пассивных передающих катушках 211. На Фиг.6 представлена зависимость величины тока в передающей катушке 211 в пассивном режиме возбуждения от нагрузочного импеданса соответствующего блока 314 согласования передатчика (см. Фиг.3).As shown in Figs. 4 and 5, the redistribution of the active zones 221-223 is implemented using the active or passive excitation mode of the grating of the transmitting
На Фиг.7 представлен внешний вид решетки передающих катушек с устройствами 121, 122 приема энергии в различных позициях и ориентациях в соответствии с вариантом реализации изобретения. В этом примере устройство 121 приема энергии повернуто вверх таким образом, что его приемная катушка 321 находится в непосредственной близости от передающей катушки 212. В то же время устройство 122 приема энергии повернуто вниз таким образом, что его приемная катушка 322 находится в непосредственной близости от передающей катушки 213. В этом случае режимы возбуждения и настройки нагрузочного импеданса для блоков 314 согласования передатчика (см. Фиг.3) настроены для включения активных зон 221 и 223 (см. Фиг.2). Это реализовано путем переключения обеих передающих катушек 212 и 213 в активный режим возбуждения или путем переключения только одной из них в зависимости от энергопотребления устройств 121, 122 приема энергии. Если устройства 121, 122 приема энергии размещены или ориентированы по-другому, то другие соответствующие передающие катушки должны быть активированы.7 shows the appearance of the lattice of the transmitting coils with
Фиг.8.1, 8.2 иллюстрируют конструкцию экранирующей структуры 111, ослабляющую электромагнитное поле за пределами зарядного устройства 110. В соответствии с вариантом реализации зарядное устройство 110 содержит экранирующие поверхности 112, 113, ограничивающие конструкцию зарядного устройства с одной или нескольких сторон для обеспечения электромагнитной изоляции. Экранирующая структура 111 формируется из экранирующих поверхностей 112, 113, предназначенных для подавления паразитного излучения от решетки передающих катушек 210 и от приемных катушек 321 (см. Фиг.3). В этом случае электромагнитное поле заключено внутри экранирующей структуры 111 и сконцентрировано в активных зонах 221. Экранирующая поверхность 112 выполнена из тонких пленок феррита, искусственных магнитопроводящих материалов или их комбинации.Figs. 8.1, 8.2 illustrate the design of the shielding
В соответствии с Фиг.8.1 экранирующие поверхности 112, 113 окружают решетку передающих катушек 210 для защиты окружающего электронного оборудования от электромагнитных помех и подавления паразитного излучения от зарядного устройства 110. В варианте реализации, представленном на Фиг.8.1, экранирующая структура 111 сформирована из горизонтальных поверхностей 112 из феррита и вертикальных поверхностей 113 из металла. Как видно из Фиг.8.2, магнитное поле ослабляется за пределами экранирующей структуры 111.In accordance with FIG. 8.1, shielding
В некоторых вариантах реализации экранирующая структура 111 покрывает дно, заднюю, левую и правую стороны зарядного устройства 110, обеспечивая простой и эргономичный доступ к устройствам 120 приема энергии, заряжаемым в зарядном устройстве 110 (см. Фиг.1).In some embodiments, a shielding
В одном из вариантов реализации верхняя и передняя стороны экранирующей структуры 111 реализованы как съемные. В другом варианте часть экранирующей структуры 111 выполнена в виде скользящей выдвижной крышки для обеспечения простого и эргономичного доступа к устройствам 120 приема энергии, заряжаемым в зарядном устройстве 110 (см. Фиг.1). Предлагаемая структура для зарядного устройства 110 обеспечивает эффективное решение проблемы электромагнитной совместимости и обеспечивает защиту человека от воздействия излучения. Кроме того, она защищает устройства 120 приема энергии (см. Фиг.1) от пыли, брызг воды и других воздействий окружающей среды.In one embodiment, the upper and front sides of the shielding
Фиг.9 иллюстрирует расположение пассивных ретранслирующих антенн 130 в зарядном устройстве 110. Антенны 821, встроенные в устройства 120 приема энергии, в сочетании с одной или несколькими пассивными ретранслирующими антеннами 130, излучают и принимают сигналы беспроводных сетей из свободного пространства за пределами зарядного устройства 110. Каждая пассивная ретранслирующая антенна 130 работает на частотах, соответствующих частотным диапазонам стандартов беспроводных сетей, в том числе GSM, CDMA/WCDMA, GPRS, 3G, WiMAX, 4G/LTE, WiFi и любых других беспроводных стандартов связи.FIG. 9 illustrates the arrangement of
В соответствии с одним из вариантов реализации пассивные ретранслирующие антенны 130 не требуют внешнего источника электропитания для согласующего элемента 822 встроенной антенны 821.In accordance with one implementation options,
В некоторых вариантах реализации пассивные ретранслирующие антенны 130 равномерно окружают периметр каждой активной зоны 220 (см. Фиг.2) с каждой стороны. Таким образом, достигается эффективный прием сигналов беспроводных сетей для любой позиции и ориентации устройства приема энергии.In some embodiments,
В некоторых вариантах реализации распределение пассивных ретранслирующих антенн 130 оптимизировано для обеспечения требований специфической конструкции.In some embodiments, the distribution of
В некоторых вариантах реализации пассивные ретранслирующие антенны 130 непосредственно соединены со встроенными антеннами 821 устройств 120 приема энергии (Фиг.9.1).In some embodiments, the
Другие варианты реализации используют широкополосные согласующие элементы 822 и линии 823 электропитания (Фиг.9.2). Согласующие элементы 822 расположены в непосредственной близости от встроенных антенн 821 устройств 120 приема энергии и связаны с ними через емкостную или индуктивную связь. Согласующие элементы 822 подключены к пассивным ретранслирующим антеннам 130 через линии 823 электропитания. Согласующие элементы 822 поддерживают широкий диапазон рабочих частот для обеспечения ретрансляции сигналов всех стандартов связи.Other embodiments utilize
В некоторых вариантах реализации пассивные ретранслирующие антенны 130 выполнены в виде симметричного или несимметричного вибратора в любом исполнении и конфигурации, в том числе с использованием различных экранирующих, отражающих, направляющих и импедансных поверхностей.In some embodiments, the
В некоторых вариантах реализации пассивные ретранслирующие антенны 130 выполнены в виде магнитных дипольных антенн, например, токовых катушек, щелей в проводящих поверхностях в любом исполнении, конфигурации и сочетании, в том числе с использованием различных экранирующих, отражающих, направляющих и импедансных поверхностей.In some embodiments,
В некоторых вариантах реализации зарядное устройство 110 обеспечивает увеличение числа активных зон 220 (см. Фиг.2), а также другие функции. Например, базовая версия зарядного устройства 110 обеспечивает зарядку одного устройства 120 приема энергии. Однако зарядка нескольких устройств 120 приема энергии одновременно реализуется путем наложения одного модуля на другой. Каждый модуль должен поддерживать одну или более активных зон, формируемых соответствующими компонентами, включая решетку передающих катушек 210 (см. Фиг.2) с блоком 310 цепи электропитания (см. Фиг.3), экранирующей структурой 111 (см. Фиг.8.1) и пассивными ретранслирующими антеннами 130.In some embodiments, the
В некоторых вариантах реализации зарядное устройство 110 выполнено с возможностью расширения для зарядки различных устройств 120 приема энергии с малым или высоким энергопотреблением путем стыковки модулей различных типов. Некоторые модули оптимизированы специально для устройств либо с низким, либо с высоким энергопотреблением за счет конфигурации решетки передающих катушек 210 (см. Фиг.2).In some embodiments, the
В соответствии с одним из вариантов реализации зарядное устройство 110 включает в себя различные дополнительные функции, некоторые из которых перечислены ниже. В соответствии с Фиг.1 источник 140 ультрафиолетового излучения встроен в зарядное устройство 110 для дезинфекции устройств 120 приема энергии. Гигиеническая дезинфекция основана на уничтожении микроорганизмов, способных возбудить инфекционные заболевания, с помощью ультрафиолетового излучения, направленного на устройства 120 приема энергии. Кроме того, в зарядное устройство 110 встроены средства контроля влажности воздуха для защиты устройств 120 приема энергии от высокой влажности.According to one embodiment,
В некоторых вариантах реализации в зарядном устройстве 110 предусмотрена звуковая и/или визуальная индикация для информирования пользователя о статусе устройств 120 приема энергии, времени и состоянии процесса зарядки аккумулятора, входящих звонках и сообщениях или о другой информации. Индикация информации от устройств 120 приема энергии реализовано в зарядном устройстве 110 звуковым и/или визуальным способом.In some embodiments, an audio and / or visual indication is provided in the
В качестве характерных особенностей изобретения можно отметить следующее:As characteristic features of the invention, the following can be noted:
- компактная структура для одновременной зарядки нескольких устройств приема энергии;- compact structure for simultaneous charging of several energy receiving devices;
- равномерность эффективности передачи энергии для широкого диапазона расстояний между передатчиком и устройствами приема энергии;- uniformity of energy transfer efficiency for a wide range of distances between the transmitter and power receiving devices;
- равномерность эффективности передачи энергии для различных позиций и ориентации устройств приема энергии;- uniformity of energy transfer efficiency for various positions and orientations of energy receiving devices;
- крайне низкий уровень паразитного электромагнитного излучения резонаторов.- extremely low level of spurious electromagnetic radiation of the resonators.
Заявляемое изобретение имеет следующие преимущества по сравнению с известными аналогами:The claimed invention has the following advantages compared with known analogues:
- высокая эффективность беспроводной передачи энергии для различных позиций и ориентации устройств приема энергии. Решетка передающих катушек управляет распределением энергии в объеме зарядного устройства таким образом, что для каждого устройства приема энергии режим зарядки оптимален;- High efficiency wireless power transmission for various positions and orientations of power receiving devices. The lattice of the transmitting coils controls the distribution of energy in the volume of the charger in such a way that the charging mode is optimal for each power receiving device;
- компактное решение для хранения мобильных телефонов, аудио- или видеоплееров и электронных книг и подобных устройств в одном месте дома или в офисе;- A compact solution for storing mobile phones, audio or video players and e-books and similar devices in one place at home or in the office;
- компактный, эргономичный дизайн. Скользящая выдвижная верхняя крышка изготовлена из прозрачного пластика, что позволяет пользователю видеть состояние заряжаемого устройства;- compact, ergonomic design. The sliding retractable top cover is made of transparent plastic, which allows the user to see the status of the device being charged;
- изоляция окружающего пространства от магнитного поля, создаваемого при беспроводной передаче энергии. Экранирующая структура зарядного устройства обеспечивает эффективное ослабление паразитного электромагнитного излучения. Таким образом, обеспечивается защита человека от воздействия излучения при беспроводной передаче энергии;- isolation of the surrounding space from the magnetic field created by wireless energy transfer. The shielding structure of the charger provides an effective attenuation of spurious electromagnetic radiation. In this way, a person is protected from the effects of radiation during wireless energy transfer;
- оптимизированная конструкция корпуса обеспечивает экранирование излучения при беспроводной передаче энергии и в то же время обеспечивает прозрачность для беспроводной связи. Зарядное устройство не оказывает влияния на чувствительность сотовых телефонов для всех сетей беспроводной связи, таких как GSM, CDMA, WiMAX, GPRS, Bluetooth, WiFi, GPS, 3G, 4G и так далее;- The optimized housing design provides radiation shielding during wireless power transmission and at the same time provides transparency for wireless communications. The charger does not affect the sensitivity of cell phones for all wireless networks, such as GSM, CDMA, WiMAX, GPRS, Bluetooth, WiFi, GPS, 3G, 4G and so on;
- имеются дополнительные опциональные возможности зарядного устройства. Источник ультрафиолетового излучения для дезинфекции заряжаемого устройства встраивают в зарядное устройство для гигиенической дезинфекции путем уничтожения микроорганизмов на поверхности мобильного устройства. Кроме того, встраиваются средства контроля влажности воздуха для защиты мобильных устройств, требующих низкой влажности.- There are additional optional charger options. A source of ultraviolet radiation for disinfection of the charging device is built into the charger for hygienic disinfection by destroying microorganisms on the surface of the mobile device. In addition, air humidity controls are built in to protect mobile devices requiring low humidity.
Заявляемое зарядное устройство предназначено для одновременной зарядки двух или более электронных устройств, в том числе сотовых телефонов, смартфонов, наушников, аудио- или видеоплееров, планшетных компьютеров, электронных книг или любых других носимых электронных устройств, способных потреблять энергию или заряжаться беспроводным способом.The inventive charger is designed to simultaneously charge two or more electronic devices, including cell phones, smartphones, headphones, audio or video players, tablets, electronic books or any other wearable electronic devices that can consume energy or charge wirelessly.
Следует указать, что раскрытие настоящего изобретения, выполненное в иллюстративной форме, не должно толковаться как ограничение области применения. Основные притязания изложены в формуле изобретения.It should be noted that the disclosure of the present invention, made in illustrative form, should not be construed as limiting the scope. The main claims are set forth in the claims.
Claims (32)
- экранирующую структуру, выполненную с возможностью ослабления интенсивности электромагнитного поля вне экранированного беспроводного многопозиционного зарядного устройства;
- встроенные в зарядное устройство пассивные ретранслирующие антенны;
- устройство адаптации зарядного устройства к произвольному расположению заряжаемых устройств на поверхности зарядного устройства.1. Wireless multi-position charging system, consisting of a base unit in the form of one or more surfaces, equipped with energy transmitters that create an alternating magnetic field by supplying alternating current to a winding, coil or any type of current-carrying wires grouped in a grid, as well as from a receiving device energy containing a power management circuit and a receiving coil, inducing current in the magnetic field of the transmitting coil, characterized in that it further includes:
- a shielding structure configured to attenuate the intensity of the electromagnetic field outside the shielded wireless multi-position charger;
- passive relay antennas built into the charger;
- a device for adapting the charger to an arbitrary location of the chargeable devices on the surface of the charger.
указанном зарядном устройстве выполнена с возможностью регулирования интенсивности и пространственного распределения генерируемого магнитного поля.2. The system according to claim 1, characterized in that the power circuit in
the specified charger is configured to control the intensity and spatial distribution of the generated magnetic field.
выполнено с возможностью активации соответствующей передающей катушки для перераспределения магнитного поля и осуществления беспроводной передачи энергии через соответствующие активные зоны.3. The system according to claim 1, characterized in that the charger
made with the possibility of activating the corresponding transmitting coil for the redistribution of the magnetic field and the implementation of wireless energy transfer through the corresponding active zones.
указанном зарядном устройстве выполнена с возможностью распределения мощности и согласования импеданса решетки передающих катушек и содержит:
- источник электропитания;
- радиочастотный генератор мощности, выполненный с возможностью генерации переменного тока и подачи тока на входы блоков согласования передатчика;
- блоки согласования передатчика, выполненные с возможностью согласования импеданса выходов радиочастотного генератора мощности и каждой передающей катушки;
- переключатели, выполненные с возможностью соединения каждой схемы согласования передатчика с соответствующей передающей катушкой.4. The system according to claim 1, characterized in that the power circuit in
the specified charger is configured to distribute power and match the impedance of the lattice of the transmitting coils and contains:
- power supply;
- radio frequency power generator, configured to generate alternating current and supply current to the inputs of the blocks matching the transmitter;
- transmitter matching units, configured to match the impedance of the outputs of the radio frequency power generator and each transmitting coil;
- switches configured to connect each transmitter matching circuit to a corresponding transmitting coil.
- блок согласования приемника, выполненный с возможностью согласования импеданса между приемной катушкой и входом выпрямителя;
- выпрямитель, подключенный к блоку согласования;
- регулятор электропитания, выполненный с возможностью регулирования тока выпрямителя при установке требуемого режима зарядки аккумулятора;
- перезаряжаемый аккумулятор.9. The system according to claim 1, characterized in that the power control circuit of the power receiving device further includes:
- block matching the receiver, made with the possibility of matching the impedance between the receiving coil and the input of the rectifier;
- a rectifier connected to the matching unit;
- a power regulator configured to control the rectifier current when setting the desired battery charging mode;
- rechargeable battery.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013101744/07A RU2524920C1 (en) | 2013-01-15 | 2013-01-15 | Shielded system of wireless multi-position charging of mobile devices |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013101744/07A RU2524920C1 (en) | 2013-01-15 | 2013-01-15 | Shielded system of wireless multi-position charging of mobile devices |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013101744A RU2013101744A (en) | 2014-07-20 |
| RU2524920C1 true RU2524920C1 (en) | 2014-08-10 |
Family
ID=51215376
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013101744/07A RU2524920C1 (en) | 2013-01-15 | 2013-01-15 | Shielded system of wireless multi-position charging of mobile devices |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2524920C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2599148C1 (en) * | 2015-08-05 | 2016-10-10 | Евгений Константинович Пучкин | Wireless charging device |
| WO2018063339A1 (en) * | 2016-09-30 | 2018-04-05 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Mobile device with transparent display and scanner |
| RU2713198C1 (en) * | 2019-07-01 | 2020-02-04 | Общество с ограниченной ответственностью "Радио Гид" | Radioelectronic device and charging system |
| RU2719768C1 (en) * | 2019-09-25 | 2020-04-23 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Multilayer inductance coil |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10132650B2 (en) * | 2015-01-22 | 2018-11-20 | Integrated Device Technology, Inc. | Apparatuses and related methods for detecting magnetic flux field characteristics with a wireless power transmitter |
| CN106887906B (en) * | 2015-12-16 | 2024-06-18 | 泰科电子(上海)有限公司 | Wireless power supply device and electrical equipment |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2388716A (en) * | 2002-05-13 | 2003-11-19 | Splashpower Ltd | Contactless power transfer area |
| GB2389720A (en) * | 2002-06-10 | 2003-12-17 | Univ City Hong Kong | Planar inductive battery charger |
| RU2306654C1 (en) * | 2006-04-20 | 2007-09-20 | Олег Валерьевич Белянин | Wireless charging system (variants) |
| RU2408476C2 (en) * | 2009-01-20 | 2011-01-10 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) | Method of wireless electric power transmission and device to this end (versions) |
-
2013
- 2013-01-15 RU RU2013101744/07A patent/RU2524920C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2388716A (en) * | 2002-05-13 | 2003-11-19 | Splashpower Ltd | Contactless power transfer area |
| GB2389720A (en) * | 2002-06-10 | 2003-12-17 | Univ City Hong Kong | Planar inductive battery charger |
| RU2306654C1 (en) * | 2006-04-20 | 2007-09-20 | Олег Валерьевич Белянин | Wireless charging system (variants) |
| RU2408476C2 (en) * | 2009-01-20 | 2011-01-10 | Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) | Method of wireless electric power transmission and device to this end (versions) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2599148C1 (en) * | 2015-08-05 | 2016-10-10 | Евгений Константинович Пучкин | Wireless charging device |
| WO2018063339A1 (en) * | 2016-09-30 | 2018-04-05 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Mobile device with transparent display and scanner |
| RU2713198C1 (en) * | 2019-07-01 | 2020-02-04 | Общество с ограниченной ответственностью "Радио Гид" | Radioelectronic device and charging system |
| RU2719768C1 (en) * | 2019-09-25 | 2020-04-23 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. | Multilayer inductance coil |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013101744A (en) | 2014-07-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102154744B1 (en) | Wireless charging system for electronic device | |
| RU2524920C1 (en) | Shielded system of wireless multi-position charging of mobile devices | |
| JP5759388B2 (en) | System and method for multi-dimensional wireless charging | |
| US20100201311A1 (en) | Wireless charging with separate process | |
| JP6030305B2 (en) | Wireless power transfer for portable enclosures | |
| US9153998B2 (en) | Wireless power orthogonal polarization antenna array | |
| ES2802779T3 (en) | System and Procedure for Wireless Power Control Communication Using Bluetooth Low Energy | |
| EP2962378B1 (en) | Active and adaptive field cancellation for wireless power systems | |
| ES2684631T3 (en) | Wireless energy transfer through a metallic object | |
| ES2657593T3 (en) | System and procedure for low loss wireless power transmission | |
| US10243411B2 (en) | Wireless charger with uniform H-field generator and EMI reduction | |
| US11133706B2 (en) | Wireless power transmitter | |
| CN101978746A (en) | Packaging and details of a wireless power device | |
| JP5656698B2 (en) | Wireless power transmitter, wireless tag and wireless power supply system | |
| WO2016036604A1 (en) | Systems and methods for adjusting magnetic field distribution using ferromagnetic material | |
| US10068704B2 (en) | Shielded antenna to reduce electromagnetic interference (EMI) and radio frequency (RF) interference in a wireless power transfer system | |
| KR20130041981A (en) | Multi-loop wireless power receive coil | |
| KR20140021102A (en) | Apparatus and method for shielding leakage magnetic field of wireless power transfer system | |
| TWI751120B (en) | Electronic device and method for wireless power transfer | |
| KR20160015055A (en) | Wireless charging device | |
| CZ202041A3 (en) | Devices, especially for wireless power and charging |