Индуктивное энергоснабжение

Индуктивное энергоснабжение

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Мобильные телефоны и другие портативные электронные устройства обычно требуют частой подзарядки. Для осуществления более удобной подзарядки была предложена зарядная панель, имеющая поверхность, на которой могут быть размещены устройства для беспроводного приема энергии. Это устраняет потребность физического подключения силового кабеля к портативному устройству. Это также можно выполнить таким образом, что одно и то же зарядное устройство будет обслуживать ряд устройств разных моделей и типов. Дополнительно, оно может быть достаточно большим, чтобы обслуживать более одного устройства, так что одновременно можно подзаряжать множество устройств. Однако, особенно предпочтительно, если окажется возможным просто оставлять устройство на панели, безотносительно к его расположению и ориентации на ней.

Известно несколько решений по проблеме обеспечения подзаряжающей поверхности, чтобы устройства можно было положить на панель без выравнивания их положения и/или ориентации. Первым является выданный заявителю патент Великобритании GB 2388716. В данном устройстве панель создает на всей своей поверхности вращающееся горизонтальное поле. Портативное устройство имеет приемник, состоящий из магнитной обмотки с осью, параллельной поверхности панели, которая связана с горизонтальным полем панели. Другое решение проблемы представлено в WO 03/105308 A1, опубликованной 18,12,2003 г. В данном устройстве имеется комплект обмоток, создающих вертикальное поле. Устройство имеет приемник с обмоткой, ось которой перпендикулярна поверхности панели для связи с ее полем.

Однако оба представленных устройства достигают свободы расположения портативного устройства созданием равномерного поля по всей поверхности панели.

Это имеет два недостатка: во-первых, поскольку все устройство находится в магнитном поле, то поле будет связывать металл портативного устройства; это вызовет токи Фуко, что приведет к потерям и, следовательно, к диссипации энергии, вызывая нагрев устройства. Во-вторых, создание поля над полной поверхностью приведет к низкому коэффициенту связи между устройством подзарядки и обмотками устройства и высоким потерям. Опять, наличие любых потерь будет вызывать диссипацию энергии и выработку тепла.

В соответствии с первым вариантом изобретения обеспечена установка для передачи энергии электромагнитной индукцией от первичного узла к вторичному устройству, отделенному от первичного узла,

причем первичный узел, содержит:

поверхность передачи энергии;

множество генераторов поля, причем каждый способен создавать поле, по существу, перпендикулярное поверхности передачи энергии;

причем, по меньшей мере, одно вторичное устройство, содержит:

приемник энергии, содержащий вторичную обмотку, так что, когда вторичное устройство находится в своем рабочем положении, ось обмотки, по существу, параллельна поверхности передачи энергии;

в которой магнитный поток от, по меньшей мере, одного генератора поля течет через вторичную обмотку, подавая энергию к вторичному устройству.

Преимуществом данного варианта является то, что вторичное устройство может быть расположено в любом месте на, или проксимальным к поверхности передачи энергии приемнику энергии, но в то же самое время поле локализовано в непосредственной близости от приемника энергии внутри вторичного устройства, так что остальное подключение портативного устройства сведено к минимуму.

В соответствии со вторым вариантом изобретения обеспечена установка для передачи энергии электромагнитной индукцией от первичного узла к вторичному устройству, отделенному от первичного узла,

причем первичный узел содержит:

поверхность передачи энергии;

множество генераторов поля, причем каждый способен создавать поле, по существу, перпендикулярное поверхности передачи энергии;

средство измерения для определения положения приемника энергии во вторичном устройстве относительно поверхности передачи энергии;

средство переключения для активации одного, или более генераторов поля;

причем, по меньшей мере, одно вторичное устройство содержит:

приемник энергии, имеющий вторичную обмотку, так что, когда вторичное устройство находится в своем рабочем положении, ось обмотки, по существу, параллельна поверхности передачи энергии;

в которой средство измерения определяет положение приемника энергии и, в зависимости от этого, средств переключения, срабатывает для активации, по меньшей мере, одного генератора поля, так что магнитный поток течет через вторичную обмотку, подавая энергию к вторичному устройству.

Преимуществом данного варианта является то, что вторичное устройство может быть расположено в любом месте на, или проксимальным к поверхности передачи энергии приемнику энергии, но в то же самое время поле локализовано в непосредственной близости от приемника энергии внутри вторичного устройства, так что остальное подключение портативного устройства сведено к минимуму.

В соответствии с третьим вариантом изобретения обеспечена установка для передачи энергии электромагнитной индукцией от первичного узла к вторичному устройству, отделенному от первичного узла,

причем первичный узел содержит:

поверхность передачи энергии;

множество генераторов поля, причем каждый способен создавать поле, по существу, перпендикулярное поверхности передачи энергии;

средство измерения для определения положения приемника энергии во вторичном устройстве относительно поверхности передачи энергии;

средство переключения для активации генераторов поля;

причем, по меньшей мере, одно вторичное устройство содержит:

приемник энергии, содержащий вторичную обмотку, так что, когда вторичное устройство находится в рабочем положении, ось обмотки, по существу, параллельна поверхности передачи энергии;

в которой средство измерения определяет положение приемника;

в которой средство переключения срабатывает для активации первого генератора поля;

в которой средство переключения срабатывает для активации второго генератора поля, так что созданное поле, по знаку, противоположно полю первого генератора;

в которой магнитный поток от первого и второго генераторов поля течет через вторичную обмотку, подавая энергию к вторичному устройству.

Преимуществом данного варианта является то, что вторичное устройство может быть расположено в любом месте на, или проксимальным к поверхности передачи энергии приемнику энергии, но в то же самое время поле локализовано в непосредственной близости от приемника энергии внутри вторичного устройства, так что остальное подключение портативного устройства сведено к минимуму.

В соответствии с четвертым вариантом изобретения обеспечена установка передачи энергии электромагнитной индукцией от первичного узла к вторичному устройству, отделенному от первичного узла,

причем первичный узел содержит:

поверхность передачи энергии;

множество генераторов поля, причем каждый способен создавать поле, по существу, перпендикулярное поверхности передачи энергии;

средство определения положения приемника энергии внутри вторичного устройства относительно поверхности передачи энергии;

средство переключения для подачи тока от генератора тока к первичным обмоткам;

причем, по меньшей мере, одно вторичное устройство содержит:

приемник энергии, содержащий сердечник и намотанную вокруг сердечника вторичную обмотку;

в которой, когда вторичное устройство находится в своем рабочем положении, ось обмотки, по существу, параллельна поверхности передачи энергии;

в которой средство измерения определяет положение приемника,

в которой средство переключения срабатывает для активации первого генератора поля, проксимального к первому концевому участку приемника энергии;

в которой средство переключения срабатывает для активации второго генератора поля, проксимального к второму концевому участку приемника энергии, так что созданное поле противоположно по знаку полю первого генератора;

в которой магнитный поток от первого и второго генераторов поля течет через вторичную обмотку, подавая энергию к вторичному устройству.

Преимуществом данного варианта является то, что вторичное устройство может быть расположено в любом месте на, или проксимальным к поверхности передачи энергии приемнику энергии, но в то же самое время поле локализовано в непосредственной близости от приемника энергии, внутри вторичного устройства, так что остальное подключение портативного устройства сведено к минимуму.

В соответствии с пятым вариантом изобретения обеспечена установка передачи энергии электромагнитной индукцией от первичного узла к вторичному устройству, отделенному от первичного,

причем первичный узел содержит:

поверхность передачи энергии;

множество первичных обмоток, каждая с осью, по существу, перпендикулярной поверхности передачи энергии;

генератор тока для подачи переменного тока к первичным обмоткам;

причем, по меньшей мере, одно вторичное устройство содержит:

приемник энергии, имеющий вторичную обмотку, так что когда вторичное устройство находится в своем рабочем положении, ось обмотки, по существу, параллельна поверхности передачи энергии;

в которой генератор тока подает ток к, по меньшей мере, одной первичной обмотке, так что магнитный поток течет через вторичную обмотку, подавая энергию к вторичному устройству.

Преимуществом данного варианта является то, что вторичное устройство может быть расположено в любом месте на, или проксимальным к поверхности передачи энергии приемнику энергии, но в то же самое время поле локализовано в непосредственной близости к приемнику энергии внутри вторичного устройства, так что остальное подключение портативного устройства сведено к минимуму.

В соответствии с шестым вариантом изобретения обеспечена установка передачи энергии электромагнитной индукцией от первичного узла к вторичному устройству, отделенному от первичного узла,

причем первичный узел содержит:

поверхность передачи энергии;

множество первичных обмоток, каждая с осью, по существу, перпендикулярной поверхности передачи энергии;

генератор переменного тока;

средство измерения для определения положения приемника энергии внутри вторичного устройства относительно поверхности передачи энергии;

средство переключения для подачи энергии от генератора тока к первичным обмоткам;

причем, по меньшей мере, одно вторичное устройство содержит:

приемник энергии, имеющий вторичную обмотку, так что когда вторичное устройство находится в своем рабочем положении, ось обмотки, по существу, параллельна поверхности передачи энергии;

в которой средство измерения определяет положение приемника, и в зависимости от этого средство переключения срабатывает для подачи тока к, по меньшей мере, одной первичной обмотке, так что магнитный поток течет через вторичную обмотку, подавая энергию к вторичному устройству.

Преимуществом данного варианта является то, что вторичное устройство может быть расположено в любом месте на, или проксимальным к поверхности передачи энергии, но в то же самое время поле локализовано в непосредственной близости к приемнику энергии внутри вторичного устройства, так что остальное подключение портативного устройства сведено к минимуму.

В соответствии с седьмым вариантом изобретения обеспечена установка передачи энергии электромагнитной индукцией от первичного узла к вторичному устройству, отделенному от первичного узла,

причем первичный узел содержит:

поверхность передачи энергии;

множество первичных обмоток, каждая с осью, по существу, перпендикулярной поверхности передачи энергии;

генератор переменного тока;

средство измерения для определения положения приемника энергии внутри вторичного устройства относительно поверхности передачи энергии;

средство переключения для подачи тока от генератора тока к первичным обмоткам;

причем вторичное устройство содержит:

приемник энергии, имеющий вторичную обмотку, так что когда вторичное устройство находится в своем рабочем положении, ось обмотки, по существу, параллельна поверхности передачи энергии;

в которой средство измерения определяет положение приемника и, в зависимости от этого, средство переключения срабатывает для подачи тока под одним знаком к, по меньшей мере, одной первичной обмотке и, под противоположным знаком к, по меньшей мере, одной первичной обмотке, так что магнитный поток течет через вторичную обмотку, подавая энергию к вторичному устройству.

Преимуществом данного варианта является то, что вторичное устройство может быть расположено в любом месте на, или проксимальным к поверхности передачи энергии приемнику энергии, но в тоже самое время поле локализовано в непосредственной близости к приемнику энергии внутри вторичного устройства, так что остальное подключение портативного устройства сведено к минимуму.

В соответствии с восьмым вариантом изобретения обеспечена установка передачи энергии электромагнитной индукцией от первичного узла к вторичному устройству, отделенному от первичного узла,

причем первичный узел содержит:

поверхность передачи энергии;

множество первичных обмоток, каждая с осью, по существу, перпендикулярной поверхности передачи энергии;

генератор переменного тока;

средство измерения для определения положения приемника энергии внутри вторичного устройства относительно поверхности передачи энергии;

средство переключения для подачи тока от генератора тока к вторичным обмоткам;

причем вторичное устройство содержит:

приемник энергии, имеющий сердечник и намотанную вокруг сердечника вторичную обмотку;

в которой, когда вторичное устройство находится в своем рабочем положении, ось обмотки, по существу, параллельна поверхности передачи энергии;

в которой средство измерения определяет положение приемника, в которой средство переключения срабатывает для подачи тока к, по меньшей мере, первой первичной обмотке, проксимальной к первому концевому участку сердечника;

в которой средство переключения срабатывает для подачи тока к, по меньшей мере, второй первичной обмотке, проксимальной к второму концевому участку сердечника, причем направление тока противоположно его направлению в первой первичной обмотке;

в которой магнитный поток течет через вторичную обмотку, подавая энергию к вторичному устройству.

Преимуществом данного варианта является то, что вторичное устройство может быть расположено в любом месте на, или проксимальным к поверхности передачи энергии, но в то же самое время поле локализовано в непосредственной близости к приемнику энергии внутри вторичного устройства, так что остальное подключение портативного устройства сведено к минимуму.

В соответствии с девятым вариантом изобретения обеспечен первичный узел для передачи энергии электромагнитной индукцией к вторичному устройству, отделенному от первичного узла,

причем первичный узел содержит:

поверхность передачи энергии;

множество генераторов поля, причем каждый работающий для создания поля, по существу, перпендикулярного поверхности передачи энергии;

средство измерения для определения положения приемника энергии внутри вторичного устройства относительно поверхности передачи энергии;

средство переключения для активации генераторов поля;

в котором средство измерения определяет положение приемника энергии и, в зависимости от этого, средство переключения активирует генератор поля, так что магнитный поток течет через вторичную обмотку в направлении, по существу, параллельном поверхности передачи энергии, подавая тем самым энергию к вторичному устройству.

Преимуществом данного варианта является то, что вторичное устройство может быть расположено в любом месте на, или проксимальным к поверхности передачи энергии, но с то же самое время поле локализовано в непосредственной близости к приемнику энергии внутри вторичного устройства, так что остальное подключение портативного устройства сведено к минимуму.

В соответствии с десятым вариантом изобретения обеспечен способ передачи энергии электромагнитной индукцией от первичного узла к вторичному устройству, отделенному от первичного узла,

причем способ состоит из этапов:

обеспечение поверхности передачи энергии;

обеспечение множества генераторов поля, причем каждый способен создавать поле, по существу, перпендикулярное поверхности передачи энергии;

обеспечение, по меньшей мере, одного вторичного устройства, содержащего приемник энергии;

определение положения приемника относительно поверхности передачи энергии;

активация, по меньшей мере, одного генератора поля, так что магнитный поток течет через вторичную обмотку в направлении, по существу, параллельном поверхности передачи энергии, подавая тем самым энергию к вторичному устройству.

Преимуществом данного варианта является то, что вторичное устройство может быть расположено на, или проксимальным к поверхности передачи энергии приемнику энергии, но в то же самое время поле локализовано в непосредственной близости к приемнику энергии внутри вторичного устройства, так что остальное подключение портативного устройства сведено к минимуму,

С целью пояснения примера обратимся к прилагаемым фигурам, на которых показаны:

Фиг.1. Установка передачи энергии от зарядного устройства к портативному устройству в соответствии с данным изобретением.

Фиг.2. Установка передачи энергии от зарядного устройства к портативному устройству в соответствии с данным изобретением.

Фиг.3. Зарядное устройство для передачи энергии в соответствии с данным изобретением.

Фиг.4. Конструкция для передачи энергии к приемнику энергии.

Фиг.5. Конструкции для передачи энергии к приемнику энергии.

Фиг.6. Конструкции для передачи энергии к приемнику энергии.

Фиг.7. Конструкции для передачи энергии к приемнику энергии.

Фиг.8. Портативные устройства, заряжаемые по данному изобретению.

Фиг.9. Электрическая схема зарядного устройства.

Фиг.10. Блок-схема работы зарядного устройства.

Фиг.11. Блок-схема калибровки зарядного устройства.

Фиг.12. Блок-схема работы зарядного устройства.

Фиг.13. Часть электрической схемы зарядного устройства.

Фиг.14. Блок-схема электроники внутри портативного устройства.

Фиг.15. Альтернативная конструкция зарядного устройства.

Фиг.16. Альтернативная конструкция зарядного устройства.

Фиг.17. Альтернативная конструкция зарядного устройства.

Фиг.18 Альтернативная конструкция зарядного устройства.

Фиг.19. Разные типы приемника энергии.

Фиг.20. Приемник энергии и обмотки внутри зарядного устройства.

Фиг.21. Магнитные сердечники разных форм.

Фиг.22. Разные типы приемника энергии на зарядном устройстве.

Фиг.23. Альтернативная конструкция зарядного устройства.

Фиг.24. Альтернативная электрическая схема зарядного устройства.

Фиг.25. Альтернативная электрическая схема зарядного устройства.

Фиг.26. Альтернативная электрическая схема зарядного устройства.

Фиг.27. Альтернативная конструкция зарядного устройства.

На фиг.1 показана установка беспроводного портативного зарядного устройства. На фиг.1(a) показан пригодный для размещения в портативном устройстве приемник энергии. Он имеет ферритовый сердечник с намотанной вокруг него обмоткой. На фиг.1(b) показана часть зарядной панели для передачи энергии к приемнику. Панель состоит из комплекта обмоток, намотанных каждая на ферритовый сердечник. Эти обмотки установлены на ферритовой опорной плите. Зарядная поверхность выполнена на концах сердечников, так что оси обмоток перпендикулярны зарядной поверхности. Обычно она покрыта пластиковым корпусом (не показано). К обмоткам подают ток для создания магнитного поля в направлении, перпендикулярном зарядной поверхности. В зависимости от полярности тока это направление будет либо наружу, либо вовнутрь зарядной поверхности. Как для первичных, так и для вторичных обмоток предпочтительно используют многожильный обмоточный провод. Многожильный провод имеет много изолированных друг от друга медных жил. Это позволяет уменьшить потери в меди, так как скин-эффект при высоких частотах подразумевает течение тока только по наружной поверхности проводников.

На фиг.2 показана магнитная цепь, сформированная, когда приемник энергии расположен на зарядной поверхности. Проксимальная к одному концу приемника обмотка возбуждена током с положительным знаком, а обмотка, Проксимальная к другому концу, возбуждена током с отрицательным знаком. Поле сконцентрировано в феррите и создает магнитную цепь от первой обмотки, через сердечник приемника, вторичную обмотку и ферритовую опорную плиту, для замыкания цепи. Из-за пластиковых корпусов, как на зарядном блоке, так и на портативном устройстве, в цепи между зарядной поверхностью и приемником энергии имеются небольшие разрывы. Для возможности уменьшения данного зазора и разрывов до 2 мм и менее, необходимо минимизировать толщину пластика.

В предпочтительном варианте установки применяют обмотки высотой 12,7 мм, диаметром 12,7 мм и отделенными друг от друга с шагом 15 мм. Длина приемника 25 мм.

На фиг.3 показан вид верхней поверхности зарядной панели. Комплект обмоток и сердечников выполнен с гексагональной симметрией, поскольку это обеспечивает наилучшее размещение соответствующих обмоток для активации, когда приемник расположен на зарядной поверхности в произвольном положении и ориентации.

На фиг.4 представлено размерное соотношение между приемником энергии и зарядными обмотками. Для ясности, положения обмоток представлены '+', при направлении течения тока против часовой стрелки и '-', при направлении течения тока по часовой стрелке. Сами обмотки физически могут быть разного исполнения, что будет видно далее. Размеры, которые обеспечивают хорошую эффективность при мощностях 2-5 Вт, следующие: длина приемника энергии 30 мм с поперечным размером 2×6 мм, а зарядная поверхность с диаметром элемента 15 мм.

На фиг.5 показано, как приемник энергии может быть заряжен в разных положениях активацией на панели только двух обмоток. В случае активации только 1 пары обмоток (одна положительная и одна отрицательная) имеются две конкретные геометрии, представленные на фиг.5(a) и 5(b). Диапазон перестановок минусовых обмоток для активации с любой заданной положительной обмоткой ограничен максимально двенадцатью 'вторыми ближайшими соседними' элементами.

На фиг.6 показано, как приемник энергии может быть заряжен с использованием двух пар обмоток. При использовании двух пар имеется 10 конкретных геометрий, хотя целесообразными являются только 5 или 6. Три из них показаны на фиг.6(a), б(b) и 6(c).

На фиг.7 показано, как приемник энергии может быть заряжен с использованием трех пар обмоток. При трех парах имеется 4 конкретных геометрии, показанные на фиг.7(a), 7(b), 7(c) и 7(d). На практике хорошее подключение обеспечивают только геометрии фиг.7(a) и фиг.7(b).

Для данного положения приемника энергии на зарядной поверхности имеется несколько возможных устройств возбуждения, которые можно использовать. При использовании большего количества пар обмоток, максимальный фактор связи падает, но вариация соединения становится ниже. Можно поддерживать фиксированное количество пар, или можно использовать разное количество пар, в зависимости от точного положения и ориентации энергии. Например, используя всегда две пары, можно поддерживать минимальный фактор связи выше 0,2 и поддерживать вариацию соединения до 70%.

На фиг.8 показаны портативные устройства с встроенными приемниками энергии, принимающими энергию от зарядной панели. Панель достаточно большая для одновременной зарядки множества устройств. Например, одно устройство заряжают 1 парой обмоток, а другое устройство заряжают 2 парами. Оба устройства имеют также приемники разного размера и могут иметь разную потребность в энергии. Важно, что поле локализовано в районе активируемых обмоток, так что батарейка не находится, по существу, внутри магнитного поля.

На фиг.9 показано устройство определения положения обмотки устройства и переключения соответствующих обмоток на зарядной панели. Комплект обмоток на зарядной панели представлен электрически (обмотка 1, обмотка 2 и т.д.). К каждой обмотке подключены 3 переключателя (SWx-A, SWx-В, SWx-С), управляемые микропроцессором (µР). Два первых переключателя (SWx-А и SWx-В) используют для возбуждения обмотки. Переключатель SWx-А используют для подключения обмотки к 'положительному источнику переменного тока (+Vac). Переключатель SWx-В используют для подключения обмотки к 'минусовому' источнику переменного тока (-Vac). Третий переключатель (SWx-С) используют для определения обмоток, которые должны быть активированы. Когда SWx-С закрыт, в датчике источника напряжения (Vsense), индукторе датчика и обмотке возникает индуктивный мост. Для определения величины напряжения в средней точке моста используют пиковый детектор. Ее, в свою очередь, преобразуют в цифровой сигнал для микропроцессора, по аналогии с цифровым преобразователем (аналого-цифровым). Когда приемник энергии расположен на панели, самоиндукция обмоток панелив непосредственной близости от приемника будет расти. Это обусловлено тем, что наличие феррита в приемнике снижает, по сравнению с воздухом, магнитное сопротивление магнитной цепи. Такой рост индуктивности обмотки приводит к более высокому напряжению переменного тока от индуктивного моста и более высокому сигналу в микропроцессоре.

Напряжение переменного тока, используемое для измерения (датчик Vac), имеет предпочтительно другую, от передачи энергии, частоту. Предпочтительно она дольная от частоты передачи энергии, так что ее гармоники слишком отличны от гармоник передачи энергии. Вероятно, здесь может быть некоторый 'прорыв' энергии в частоте передачи энергии в цепи датчика. Он возникает из за паразитной связи между отдельными обмотками в установке. Он может быть предотвращен введением фильтра в пути измерения после пикового детектора.

Переключатели передачи энергии (SWx-A, SWx-В) необходимы для способности переноса больших энергий. Однако, нет необходимости очень быстрого переключения, так как их переключают только, когда устройство перемещают, поворачивают на панели или удаляют. Применяемые для измерения переключатели (SWx-С) могут обладать значительно меньшей пропускной мощностью, поскольку они нужны только для пропуска измерительного сигнала низкого уровня. Для SWx-С желательно иметь более быстрые переключатели, так что они могут быть достаточно быстро отсканированы. Это снижает латентность реагирования зарядного устройства, когда устройство расположено на панели. Поэтому желательно применение разных технологий для переключателей энергии и переключателей датчиков. Например, для энергии можно применить реле или переключатели (по технологии MEMS), (когда они сильноточные, но тихоходные), и для датчика, полупроводниковые MOSFET переключатели (на канальных полевых униполярных МОП-транзисторах), (когда необходимы слаботочные, но более быстрые переключатели).

Для определения обмоток, которые должны быть активированы, в микропроцессоре используют алгоритм для измерения индуктивности и активации соответствующих обмоток. Во-первых, необходимо провести калибровку установки измерением индуктивности каждой обмотки, при отсутствии проксимальных к ней устройств. Обычно это производит завод, однако желательно произвести повторную калибровку в более поздние сроки. На фиг.10 показан примерный алгоритм верхнего уровня для активации соответствующих обмоток. Установку включают, а все обмотки отключают. Измеряют индуктивность каждой обмотки. Для определения изменения индуктивности вычитают калибровочное значение. По полученной для панели схеме изменения индуктивностей микропроцессор определяет положение вторичных обмоток внутри каждого устройства. Он использует данную информацию для определения пар обмоток, которые необходимо активировать. Каждой обмотке в каждой паре установлена разная полярность. Микропроцессор может установить, что размер и/или положение отдельного устройства требует активации более одной пары. Для уверенности в обоснованности предлагаемой схемы проводят проверку. После подтверждения конфигурации, каждую пару обмоток (которая еще не включена) включают на мгновение, чтобы увидеть потребление энергии. Пары обмоток, потребление энергии которых выше некоторого порогового значения, включают. Пары обмоток, потребление энергии которых ниже данного порогового значения, отключают. Это означает, что устройства, которые находятся на панели, но им не требуется энергия (например, ввиду их полной зарядки), отключают.

Более подробные алгоритмы для определения и включения требуемых обмоток представлены на фиг.11 и 12. На фиг.11 показан алгоритм калибровки. Алгоритм отключает все переключатели. Он начинает с первой обмотки. SWx-С включена. Напряжение измеряют в пиковом детекторе. Данную информацию сохраняют в блоке (Cal []). Затем он переходит к следующей обмотке. Он заканчивает работу после измерения всех обмоток. На фиг.12 приведен подробный рабочий алгоритм (предполагается, что алгоритм калибровки уже выполнен). Сначала отключают все обмотки, Это выполняют с каждой обмоткой, одна за другой. Это первые испытания, чтобы было видно, если обмотка уже включена. Если так, он определяет потребляемую энергию и отключает ее, если она ниже некоторого порогового значения. Если обмотка не включена, он замеряет индуктивность по датчику пикового напряжения и вычитает калибровочное значение. Данную информацию сохраняют в блоке (Meas []). После того, как все обмотки испытаны/замерены, он определяет, где на панели расположены приемники. Затем он определяет требуемые пары обмоток, которые должны быть активированы и устанавливает их полярность. Если установка действенна, он проводит проверку по определению пар, которым необходима энергия. Он идентифицирует в блоке Meas [], что данной обмотке необходима энергия, приданием ей, по результатам испытания, отличительного символа. Затем он проводит испытание по определению наличия металла, который берет энергию от установки и представляет опасность. Если металл присутствует, то условие перегрузки, при котором обмотка будет брать энергию больше допустимого порогового значения, или если конфигурация обмоток недейственная, то тогда отключают все обмотки, пользователя оповещают об опасности и после периода ожидания установку вернут в исходное положение.

Устройство по фиг.9 требует сигналы напряжения переменного тока высокой мощности и противоположной полярности. На фиг.13 показано средство генерации этих сигналов. Здесь имеется источник энергии постоянного тока, который подключен к инвертору для выработки сигнала переменного тока с частотой, соответствующей частоте осциллятора. Тот, в свою очередь, подключен к индуктору и конденсатору, резонирующему с частотой осциллятора. Тот, в свою очередь, через конденсатор переменной емкости подключен к трансформатору. Вывод трансформатора имеет центральный заземляющий отвод. Два выходных конца мощности трансформатора питают положительный и отрицательный полюсные вводы в схему фиг.9. Конденсатор переменной емкости необходим из-за того, что индуктивность нагрузки на трансформатор будет меняться при включении и отключении разных обмоток. Она может также меняться при разных нагрузках устройств, или разных положениях устройств на панели. Поэтому для уверенности в том, что установка резонирует с частотой осциллятора, регулируют конденсатор переменной емкости. В данной установке конденсатор переменной емкости выполнен с применением переключающей схемы, хотя имеется много способов достижения этого.

На фиг.14 показана эквивалентная электрическая схема портативного устройства для применения в зарядной панели. Здесь есть вторичная обмотка (представленная индуктором), конденсатор, так что комбинация резонирует с частотой осциллятора. Этот сигнал преобразуют с помощью выпрямителя (который может быть мостовым выпрямителем) в напряжение постоянного тока. Затем напряжение конвертируют с помощью преобразователя постоянного тока до напряжения требуемого уровня. Он соединен с зарядным контроллером, который в свою очередь подключен к батарее. Иногда возможно объединение преобразователя постоянного тока и зарядного регулятора в одном элементе.

Пока было показано только одно исполнение установки. На практике имеется множество разных магнитных устройств, которые можно применить; множество способов определения и множество способов переключения. В некоторой степени они могут быть выбраны независимо друг от друга, хотя предпочтительно оптимизировать установку, как единое целое.

На фиг.15 показана альтернативная магнитная установка. В данной установке зарядное устройство по-прежнему имеет блок создающих вертикальное поле элементов. Однако, фактически возбуждающие их обмотки выполнены так, что их оси параллельны заряжающей поверхности. Поток переходит из возбуждаемой горизонтальной обмотки в вертикальные опоры из магнитного материала. Когда вторичное устройство расположено на зарядной поверхности, оно замыкает магнитную цепь, так что магнитный материал образует почти замкнутую петлю (за исключением разрыва между устройством и пластиковыми зарядными корпусами). Намотанная вокруг магнитного материала обмотка внутри вторичного устройства, с осью, горизонтальной относительно зарядной поверхности, замыкает созданное поле, допуская передачу энергии.

На фиг.16 показано зарядное устройство, выполненное с помощью осуществления РСВ (печатных плат). В таком устройстве имеется комплект планарных спиральных обмоток, используемых для создания вертикальных полей. Обычно применяют несколько слоев РСВ, причем каждый имеет комплект обмоток. Для повышения величины создаваемого поля эти комплекты обмоток следует выровнить друг с другом. Для завершения магнитной цепи обычно необходима ферритовая опорная плита. В центре спирали предпочтительно иметь отверстия, в которых можно размещать цилиндры из магнитного материала.

На фиг.17 показано другое осуществление печатных плат. Однако данная установка имеет комплект плотно упакованных гексагональных обмоток.

На фиг.18 показана гибридная зарядная установка. Данная установка позволяет использовать внутри портативного устройства два разных типа приемника. Устройство 1 имеет намотанную вокруг магнитного материала обмотку с горизонтальной осью. Однако в устройстве 2 в качестве приемника применена плоская спиральная обмотка. Два разных типа обмоток заряжают разными путями. Устройство 1 заряжают, как ранее, энергией пар обмоток с положительной и отрицательной полярностью. Устройство 2 заряжают энергией группы обмоток с одинаковой полярностью. Поэтому устройство 2 принимает непосредственно вертикальное поле. Устройство 2 вместо плоской спиральной обмотки может иметь просто витую обмотку, но с осью, перпендикулярной зарядной поверхности. Может быть необходимым изменение количества обмоток, питающих устройство 2. Используя одну и ту же зарядную платформу, можно заряжать разные типы приемника либо отдельно, либо одновременно. Для размещения портативных устройств разной формы могут быть использованы два разных типа устройства. Альтернативно может быть применена установка для зарядки устройств от разных изготовителей, которые работают по разным стандартам. Для портативного устройства может быть необходимым сообщение о типе приемника, который должен быть заряжен, чтобы зарядное устройство могло правильно определить, какие обмотки следует активировать и с каким расположением полярности.

На фиг.19 показан диапазон разных типов приемника, выполненных с осью обмотки, параллельной зарядной поверхности, когда портативное устройство находится на зарядке. На фиг.19(a) это цилиндрическая стержневая конструкция; на фиг.19(b)