Способ и устройство для обнаружения устройства в системе беспроводной передачи энергии

Способ и устройство для обнаружения устройства в системе беспроводной передачи энергии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к технологии передачи энергии.

Предшествующий уровень развития техники

Для зарядки аккумуляторов устройств с аккумуляторным питанием, таких как сотовые телефоны, карманные компьютеры (PDA), пульты дистанционного управления, ноутбуки и т.д., или для непосредственного питания таких устройств, как лампы или кухонная техника, может применяться индуктивная система энергопитания, делающая возможной беспроводную передачу энергии. Индуктивные системы энергопитания для передачи энергии или зарядки мобильных устройств известны, например, из WO 2008/050260. Такая система, как правило, включает в себя устройство передачи энергии, именуемое в дальнейшем передатчиком, содержащее множество передающих катушек, питание на которые может подаваться по отдельности, таким образом формируя переменное магнитное поле. Индуктивная система энергопитания дополнительно содержит устройство приема энергии, содержащее нагрузку, требующую энергии. Для приема энергии устройство приема энергии обеспечено приемной катушкой, в которой переменное магнитное поле, предоставляемое включенными передающими катушками, индуцирует ток. Этот ток может приводить в действие нагрузку приемного устройства, например заряжать аккумулятор или включать лампу. Далее устройство приема энергии называется приемником, который содержит приемную катушку и нагрузку.

Очень важно обеспечить низкое, предпочтительно (виртуально) нулевое потребление энергии в режиме ожидания. Например, когда на беспроводном передатчике энергии нет никакого устройства, потеря энергии должна быть почти нулевой.

Заявка на патент США US2008/0157909 предоставляет систему для обнаружения связи между передающей катушкой устройства передачи энергии и приемной катушкой устройства приема энергии. При подаче питания на передающую катушку датчик тока отслеживает ток через передающую катушку для определения, соединена ли приемная катушка устройства приема энергии с передающей катушкой. Система требует подачи питания на передающую катушку на регулярной основе, что приводит к слишком большим затратам энергии устройством передачи энергии, особенно когда не присутствует никакое устройство приема энергии.

Если система по упомянутой заявке на патент США используется в устройстве передачи энергии, которое содержит множество передающих катушек, питание на каждую из передающих катушек должно подаваться на регулярной основе, что приводит к дальнейшему увеличению энергопотребления. Кроме того, постоянная подача питания на передающую катушку приводит в определенные моменты к появлению электромагнитного поля, которое может вызвать, например, электромагнитные помехи или может стереть информацию на магнитной ленте, например, банковской карты, когда банковская карта случайно положена на устройство передачи энергии.

Сущность изобретения

Было бы полезно предоставить способ и передатчик с низким энергопотреблением в режиме ожидания.

Первый аспект изобретения предоставляет способ обнаружения приемника передатчиком по п. 1 формулы изобретения. Второй аспект изобретения предоставляет передатчик для обнаружения приемника по п. 8 формулы изобретения. Третий аспект изобретения предоставляет способ обнаружения приемника передатчиком по п. 12 формулы изобретения. Четвертый аспект изобретения предоставляет передатчик для обнаружения приемника по п. 13 формулы изобретения. Полезные варианты воплощения определены в зависимых пунктах формулы изобретения.

В соответствии с первым аспектом изобретения предоставляется способ обнаружения приемника передатчиком. Передатчик предназначен для индуктивной передачи энергии на приемник. Передатчик содержит первую передающую катушку в качестве первого электрода и второй электрод. Первый электрод и второй электрод образуют конденсатор. Способ включает в себя этап приложения напряжения к любому из электродов и включает в себя этап обнаружения изменения емкости конденсатора.

Настоящее изобретение предлагает способ и устройство для обнаружения, находится ли приемник на поверхности передатчика, посредством емкостного обнаружения, которое является быстрым и не препятствует индуктивной передаче энергии. Следовательно, обнаружению устройств на площадке беспроводной зарядки не препятствуют другие устройства, уже заряжаемые на той же самой площадке. Более того, предложенный способ обнаружения работает при небольшом (или фактически отсутствующем) рассеянии энергии.

Способ основан на том факте, что устройство, которое помещается на поверхности передатчика, будет менять емкость между двумя электродами, расположенными под поверхностью передатчика, или между одним электродом и землей, или между одним электродом и приемником. Размещение таких устройств на поверхности передатчика изменяет емкости конденсаторов, которые существуют между различными электродами. Это происходит в результате индуцированного изменения диэлектрической постоянной пространства между двумя электродами, или диэлектрического расстояния между этими двумя электродами, или комбинации изменения диэлектрической постоянной и диэлектрического расстояния. В контексте изобретения этот способ также называется "емкостным способом обнаружения".

Обнаружение изменения емкости может быть выполнено относительно энергоэффективно по сравнению с индуктивным обнаружением. Пока не изменяется емкость и когда используется постоянное напряжение, никакой ток не течет от и к конденсатору - только тогда, когда емкость изменяется, небольшая величина тока течет от или к конденсатору. Также, если к конденсатору прикладывается переменное напряжение, и переменное напряжение может быть должным образом рассчитано, относительно небольшой ток течет через конденсатор. Таким образом, ток через конденсатор может быть относительно небольшим или практически равным нулю, и поэтому энергопотребление емкостного способа обнаружения относительно низко. Обнаружение может выполняться энергоэффективно, например, посредством интегральной схемы с низким энергопотреблением. Таким образом, способ обнаружения приемника является относительно энергоэффективным.

Кроме того, емкостное обнаружение не требует индуктивной работы передающих катушек и, таким образом, не генерируется электромагнитное поле, и не создаются электромагнитные помехи.

Более того, использование первой катушки передачи в качестве одного из электродов сокращает количество компонентов, которые требуются для создания передатчика, который использует емкостное обнаружение для обнаружения приемника. Вместо введения дополнительного первого электрода и второго электрода способ изобретения требует только применение второго электрода, и поэтому передатчик имеет менее сложную конструкцию и экономит затраты.

В варианте воплощения передатчик дополнительно содержит вторую передающую катушку, которая действует как второй электрод. То есть две соседние передающие катушки могут использоваться в качестве двух электродов конденсатора. Обнаружение наличия и местоположения приемной катушки может быть выполнено посредством измерения изменения емкости конденсатора, образованного двумя передающими катушками.

Первая передающая катушка работает как первый электрод конденсатора, который соединен с первым выводом. Соседняя передающая катушка работает как второй электрод конденсатора, который соединен со вторым выводом. Другая катушка поблизости работает, например, как третий электрод конденсатора, который соединен с третьим выводом. Местоположение приемной катушки относительно местоположения передающих катушек определяет емкость между первым и вторым выводом или, например, между первым и третьим выводом.

Другими словами, передатчик может иметь более одной передающей катушки. Каждая пара передающих катушек передатчика может формировать конденсатор. При использовании первой передающей катушки в качестве первого электрода и второй передающей катушки в качестве второго электрода реализуется эффективное использование компонентов передатчика. Нет необходимости вводить дополнительные электроды в поверхности передатчика, что предотвращает возможные взаимодействия между передающими катушками передатчика и дополнительными электродами.

Если приемник расположен сверху первой передающей катушки, сверху второй передающей катушки или частично сверху первой передающей катушки и/или частично сверху второй передающей катушки, емкость конденсатора, образованного этими двумя передающими катушками, изменяется, что обнаруживается схемой обнаружения. Таким образом, обнаружение показывает, что приемник помещен на или рядом с первой передающей катушкой и/или на или близко ко второй передающей катушке. Это знание может запустить дальнейший процесс идентификации приемника передатчиком или может быть начата передача энергии на приемник первой передающей катушкой и/или второй передающей катушкой.

Если передатчик имеет множество передающих катушек, и если между каждой парой соседних передающих катушек отслеживается емкость для обнаружения изменений в емкости, может быть получена достаточно точная оценка местоположения приемника относительно положения передающих катушек. Обнаруженное положение может быть использовано для приведения в действие дальнейшего процесса идентификации приемника или для начала передачи энергии приемнику передающей катушкой, которая является близкой или самой близкой к обнаруженному положению приемника.

В качестве примера этого варианта воплощения, схема обнаружения соединена со второй катушкой, и напряжение прикладывается к первым передающим катушкам, причем схема обнаружения используется для отслеживания изменения емкости конденсатора, образованного первой катушкой и второй катушкой.

В другом варианте воплощения второй электрод емкости расположен в центре первой передающей катушки.

Вариант воплощения предлагает определять местоположение приемника посредством использования емкостного обнаружения. Способ будет иметь почти нулевое энергопотребление, являться быстрым и практически не препятствует индуктивной передаче энергии. Конденсатор обнаружения реализован между первичной обмоткой в качестве первого электрода и вторым электродом, который расположен в центре первичной обмотки. Поэтому обнаружение приемника непосредственно соответствует положению передающей энергию катушки и требует менее сложный алгоритм определения местоположения.

Другими словами, обеспечение электрода в центре первой передающей катушки позволяет более точное обнаружение положения приемника относительно положения первой передающей катушки. Тем более передатчик в состоянии различать более точно ситуацию, в которой приемник расположен точно сверху первой передающей катушки, и другую ситуацию, в которой приемник частично покрывает первую передающую катушку. Если приемник расположен точно сверху первой передающей катушки, то изменение емкости будет больше, чем в случаях, когда приемник расположен частично сверху первой передающей катушки.

Кроме того, если передатчик содержит множество передающих катушек, каждая передающая катушка обеспечивается электродом в центре передающей катушки, каждая из передающих катушек формирует конденсатор со своим центральным электродом. Если приемник размещен на поверхности передатчика, один из конденсаторов показывает самое большое изменение своей емкости. Упомянутый конденсатор является конденсатором, сформированным передающей катушкой и ее соответствующим центральным электродом, который является ближайшим к приемнику. Таким образом, относительно просто решить, какая передающая катушка находится ближе всего к приемнику.

Второй электрод может иметь несколько форм, в том числе в виде круглой, овальной, прямоугольной металлической пластины, возможно с разрезами для уменьшения вихревых токов, в виде катушки, набора тонких проводников, соединенных друг с другом на одной стороне и т.д. Второй электрод может быть расположен точно в центре первой передающей катушки, однако для формирования конденсатора между первой передающей катушкой и вторым электродом второй электрод может также быть расположен не по центру. Необходимо только, чтобы второй электрод был расположен в пределах первой передающей катушки.

В качестве примера этого варианта воплощения, схема обнаружения соединена с любым из электродов конденсатора, а напряжение прикладывается к первым передающим катушкам, схема обнаружения обнаруживает изменение емкости конденсатора, образованного первой передающей катушкой и вторыми электродами в центре первой передающей катушки.

Беспроводной передатчик энергии для обнаружения приемного устройства, причем упомянутый передатчик содержит первую передающую катушку в качестве первого электрода конденсатора, а второй электрод конденсатора расположен в центре первой передающей катушки, дополнительно содержит схему обнаружения, соединенную с любым из электродов конденсатора, причем упомянутый передатчик содержит:

- первый блок для приложения напряжения к первым передающим катушкам,

- схему обнаружения для обнаружения изменения емкости конденсатора, образованного первым и вторым электродами.

В варианте воплощения обмотка первой передающей катушки содержит внутреннюю часть обмотки и внешнюю часть обмотки. Внутренняя часть обмотки является первым электродом, а внешняя часть обмотки является вторым электродом.

Если внутренняя обмотка и внешняя обмотка находятся, например, в режиме ожидания передающего устройства, разъединенные друг от друга, компоновка становится емкостной компоновкой, где внутренняя часть и внешняя часть используются в качестве электродов. Емкость между этими электродами увеличивается, если устройство с емкостными свойствами размещается сверху компоновки. Посредством измерения емкости, используя один из описанных способов, устройство может быть обнаружено. Если устройство обнаружено, внутренняя обмотка и внешняя обмотка могут быть соединены для работы передающей катушки в качестве индуктивного передатчика энергии. Нет необходимости предоставлять никакие дополнительные электроды в поверхности передатчика. Использование внутренней обмотки и внешней обмотки дает возможность точного обнаружения положения приемника относительно положения первой передающей катушки.

В дополнительном варианте воплощения обнаруженное изменение емкости указывает на то, что приемник находится в непосредственной близости от передатчика. Способ дополнительно содержит этап приведения в действие передатчика, так что передатчик начинает осуществлять связь с приемником или передавать энергию на приемник.

Вариант воплощения позволяет передатчику входить в энергосберегающее состояние ожидания, из которого он просыпается при обнаружении события, связанного с беспроводным приемником энергии. Таким событием может быть обнаружение изменения емкости.

Другими словами, если приемник не обнаружен, передатчик находится в режиме ожидания, что означает, что никакая передающая катушка не приведена в действие для передачи энергии или установления связи с приемником. Если обнаружено изменение емкости, то наиболее вероятно, что приемник находится на передатчике. Таким образом, передатчик просыпается, что означает, что режим ожидания заканчивается, и что передатчик входит в рабочий режим. В рабочем режиме передатчик может индуктивно предоставлять энергию приемнику или может сначала начать дополнительный процесс обмена информацией для дальнейшей идентификации приемника. В рабочем режиме одна или более передающих катушек передатчика используются для индуктивной передачи энергии приемнику или установления индуктивной связи с приемником.

В варианте воплощения приложенное напряжение является переменным, или постоянным напряжением, или импульсом напряжения, или ступенчатой функцией.

Если напряжение, которое прикладывается к одному из электродов конденсатора, является переменным напряжением, через конденсатор течет ток, который пропорционален емкости конденсатора. При правильном расчете величины и частоты переменного напряжения ток может быть относительно небольшим, так что рассеивается небольшая величина энергии. Изменения в токе связаны с возможным размещением приемника на передатчике. Обнаружение изменений тока, например, посредством обнаружения, превышает ли ток предварительно заданное значение, и/или посредством обнаружения, уменьшается ли ток ниже предварительно заданного значения, является относительно простым и может выполняться энергоэффективно.

Если приложенное напряжение является импульсом напряжения или ступенчатой функцией, отклик конденсатора во временной области может анализироваться схемой обнаружения. В зависимости от емкости конденсатора может быть обнаружен определенный отклик. Если приемник находится на передатчике, отклик отличается от ситуации, в которой приемник отсутствует на беспроводном энергетическом устройстве.

Измерение характеристики отклика может быть выполнено посредством соединения сопротивления последовательно с конденсатором и приложения импульса напряжения или ступенчатой функции к этой последовательной компоновке. Напряжение на емкости повышается, когда напряжение изменяется от нейтрального до предварительно заданного значения напряжения, и в зависимости от предварительно заданного значения напряжения и емкости конденсатора может быть измерено определенное возрастание. Емкость увеличивается, когда помещается устройство, и поэтому время возрастания больше, если размещено устройство. Когда импульс напряжения определенной длительности прикладывается к последовательной компоновке, напряжение на конденсаторе постепенно уменьшается, когда приложенное напряжение падает от предварительно заданного напряжения до нейтрального напряжения. Время спада является мерой емкости конденсатора.

В дополнительном варианте воплощения передатчик содержит множество емкостей, образованных парами первых и вторых электродов. Способ дополнительно содержит этап обнаружения изменения емкости каждого из множества конденсаторов и содержит этап определения положения приемника, в зависимости от того, изменение емкости какого из множества конденсаторов было обнаружено.

При предоставлении множества электродов каждая соседняя пара электродов образует конденсатор. Определяя изменение емкости между каждой из пар электродов, передатчик способен относительно точно обнаружить, где на передатчике расположен приемник. Емкости, которые имеют самое большое изменение емкости, расположены близко к приемнику.

Согласно второму аспекту изобретения, предоставлен передатчик для обнаружения приемника. Передатчик предназначен для индуктивной передачи на приемник. Передатчик содержит первую передающую катушку в качестве первого электрода и второй электрод. Первый электрод и второй электрод образуют конденсатор. Передатчик, кроме того, содержит первый блок для приложения напряжения к любому из электродов и схему обнаружения, соединенную с любым из электродов емкости для обнаружения изменения емкости конденсатора.

В варианте воплощения передатчик дополнительно содержит вторую передающую катушку, которая является вторым электродом.

В другом варианте воплощения второй электрод расположен в центре первой передающей катушки.

В дополнительном варианте воплощения обнаружение изменения емкости указывает, что приемник находится в непосредственной близости от передатчика, и передатчик содержит второй блок для приведения в действие передатчика так, чтобы передатчик мог установить связь с приемником или начать передачу энергии на приемник.

Передатчик и варианты воплощения передатчика предоставляют те же преимущества, что и способ согласно первому аспекту изобретения и соответствующие варианты воплощения способа согласно первому аспекту изобретения. Передатчик имеет аналогичные варианты воплощения с действиями, подобными соответствующим вариантам воплощения способа.

Согласно третьему аспекту изобретения, предоставлен другой способ обнаружения приемника передатчиком. Передатчик предназначен для индуктивной передачи энергии на приемник. Передатчик содержит первую передающую катушку в качестве электрода. Способ содержит этапы приложения напряжения на электрод и обнаружения изменения емкости конденсатора, образованного первым электродом и землей или образованного первым электродом и приемником.

Первый электрод образует емкость с землей или с приемником. Если приемник оказывается поблизости от первого электрода, то емкость изменяется, и будет течь заряд к первому электроду или от первого электрода. Посредством обнаружения тока к или от первого электрода получено эффективное решение для обнаружения приемника, которое имеет несложную конструкцию и, таким образом, экономит затраты.

Согласно четвертому аспекту изобретения, предоставлен дополнительный передатчик для обнаружения приемника. Передатчик предназначен для индуктивной передачи энергии на приемник. Передатчик содержит первую передающую катушку в качестве первого электрода, первый блок для приложения напряжения к электроду и схему обнаружения, соединенную с электродом, для обнаружения изменения емкости конденсатора, образованного электродом и землей или электродом и приемником.

В контексте данного документа следует отметить, что использование слова конденсатор не относится к сосредоточенному конденсатору. Кроме того, передатчик, передатчик энергии и беспроводной передатчик энергии являются взаимозаменяемыми терминами в контексте изобретения. Особенностью передатчика является то, что передатчик предназначен для индуктивной передачи энергии на приемник. Приемник, приемное устройство и устройство приема энергии являются взаимозаменяемыми терминами в контексте изобретения. Особенностью приемника является то, что приемник предназначен для индуктивного приема энергии. Кроме того, первый блок для приложения напряжения к любому из электродов или любой из передающих катушек может быть источником напряжения.

Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны и объяснены со ссылкой на варианты воплощения, описанные ниже.

Специалистам в области техники будет понятно, что два или более из вышеупомянутых вариантов воплощения, реализаций и/или аспектов изобретения могут комбинироваться любым образом, считающимся полезным.

Модификации и вариации системы и/или способа, которые соответствуют описанным модификациям и вариациям системы, могут быть выполнены специалистом в данной области техники на основе настоящего описания.

Краткое описание чертежей

На чертежах:

фиг. 1 изображает принцип емкостного обнаружения согласно настоящему изобретению,

фиг. 2a изображает базовую структуру для емкостного обнаружения согласно настоящему изобретению,

фиг. 2b изображает множество различных топологий схем для емкостного обнаружения,

фиг. 3 изображает представление в виде блок-схемы системы свободного расположения передатчика согласно изобретению,

фиг. 4 изображает схематическое представление схемы системы на фиг. 3,

фиг. 5 изображает схему согласно первому варианту воплощения настоящего изобретения,

фиг. 6 изображает схему, эквивалентную фиг. 5,

фиг. 7 изображает поверхность передатчика, покрытую множеством катушек,

фиг. 8 изображает систему емкостного обнаружения согласно варианту воплощения,

фиг. 9 изображает систему емкостного обнаружения согласно варианту воплощения,

фиг. 10 изображает систему емкостного обнаружения с определением местоположения согласно другому варианту воплощения,

фиг. 11 изображает первый пример схемы обнаружения, когда приложено постоянное напряжение,

фиг. 12 изображает второй пример схемы обнаружения, когда приложено постоянное напряжение,

фиг. 13 изображает третий пример схемы обнаружения, когда приложено постоянное напряжение,

фиг. 14 изображает четвертый пример схемы обнаружения, когда приложено переменное напряжение,

фиг. 15 изображает пример со звездообразным электродом в центре первичной катушки,

фиг. 16 изображает передатчик с одной катушкой, обозначенной L1, и конденсатором обнаружения,

фиг. 17 изображает вариант воплощения, где блок обнаружения измеряет напряжение вместо тока,

фиг. 18 изображает эскиз схемы измерения емкости между двумя катушками,

фиг. 19 изображает эскиз принципиальной схемы схемы измерения емкости между катушкой и центрированным электродом,

фиг. 20a изображает эскиз механической части с реализованной емкостью,

фиг. 20b изображает эквивалентную электрическую схему описанного способа измерения,

фиг. 20c изображает эквивалентную электрическую схему описанного второго варианта воплощения способа измерения,

фиг. 21 изображает график спектра диэлектрической проницаемости в широком диапазоне частот. Показаны вещественная и мнимая части диэлектрической проницаемости, а также изображены различные процессы: ионная и дипольная релаксация, атомарные и электронные резонансы при более высоких энергиях,

фиг. 22 изображает архитектуру с низким энергопотребление в режиме ожидания,

фиг. 23 схематично показывает блок-схему алгоритма способа изобретения.

Следует отметить, что элементы, обозначенные одинаковыми номерами позиций на различных фигурах, имеют одни и те же структурные особенности и одни и те же функции или являются одними и теми же сигналами. Если функция и/или структура такого элемента были объяснены, нет необходимости повторять их объяснение в подробном описании.

Фигуры являются исключительно схематичными и изображены не в масштабе. В частности, некоторые размеры сильно увеличены для ясности.

Подробное описание

На фиг. 1 изображен принцип способа обнаружения устройства 106, которое помещено на поверхности 102 передатчика согласно настоящему изобретению. Электроды 108, 110, 112, 114 под поверхностью передатчика используются для обнаружения устройств 106 для зарядки, помещенных на поверхности передатчика 102. Способ основан на том факте, что устройство 106, помещенное на поверхности 102 передатчика, изменяет емкость между двумя электродами 108, 110, 112, 114, расположенными под верхней поверхностью 102 передатчика. Размещение таких устройств 106 на поверхности 102 передатчика изменяет значение емкости, которая существует между различными электродами 108, 110, 112, 114. Это происходит в результате индуцированного изменения диэлектрической проницаемости части пространства между двумя обкладками конденсаторов, образуемых электродами 108, 110, 112, 114, диэлектрического расстояния между двумя электродами или их комбинации. Изменение емкости представлено на фиг. 1 различием в структуре электрических силовых линий 104 между покрытой и не покрытой поверхностью.

Для конденсатора с параллельными обкладками емкость между двумя электродами дается формулой

C = ε A d (1)

где ε - диэлектрическая постоянная среды между пластинами, A - площадь пластин и d - расстояние между пластинами. Следовательно, емкость линейно зависит от диэлектрической постоянной среды между пластинами. Для двух пластин в одной и той же плоскости существует более сложное соотношение. Однако зависимость от диэлектрической постоянной остается. Для конденсатора, образуемого между двумя электродами 108, 110, 112, 114 под поверхностью 102 передатчика, диэлектрическая постоянная изменяется (увеличивается), когда устройство 106 помещается на верхнюю поверхность 102 передатчика. Результирующее изменение емкости может быть обнаружено несколькими путями.

Фиг. 2a изображает способ обнаружения согласно варианту воплощения. Источник 216 напряжения используется для приложения напряжения, которое может быть переменным или постоянным напряжением с амплитудой, большей или равной нулю, на один электрод 204 (представляющий одну обкладку конденсатора). Схема 212 обнаружения, соединенная с другим электродом 206 (представляющим вторую обкладку конденсатора), используется для отслеживания емкости между двумя электродами 204, 206, образующими конденсатор 202. Изменение емкости указывает на помещение устройства 214, и об этом событии сообщают посредством сигнала 208 обнаружения. Линии 210 представляют собой электрические силовые линии между электродами 204, 206 конденсатора 202.

Когда постоянное напряжение приложено к конденсатору 202, и когда устройство 214 впоследствии помещается на передатчик, в результате перераспределения заряда возникает небольшой ток, который может быть обнаружен как напряжение на измерительном сопротивлении.

Изменение накопленного на обкладке конденсатора заряда задается формулой

Δ Q = U ⋅ Δ C (2)

где U - постоянное напряжение, приложенное к конденсатору, а Δ C - изменение емкости при размещении устройства.

Результирующий ток задается формулой

i = ∂ Q ∂ t (3)

где ∂ Q / ∂ t - заряд в единицу времени, текущий к обкладке конденсатора. Следует отметить, что перераспределение заряда будет также происходить при размещении устройства, содержащего электростатический заряд. Следовательно, сигнал обнаружения может содержать компоненту в результате изменения емкости и/или компоненту в результате размещения статически заряженного устройства.

Когда на конденсатор 202 подается переменное напряжение, через конденсатор протекает ток, и этот ток может отслеживаться. Когда емкость увеличивается при размещении устройства 214, амплитуда протекающего тока также увеличится, указывая на наличие устройства 214. Амплитуда тока задается формулой

i = u ⋅ ω C (4)

где u - переменное напряжение, прикладываемое к конденсатору 202, ω - частота прикладываемого переменного напряжения и C - емкость между электродами 204, 206. Следовательно, ток зависит линейно от емкости, которая изменяется при помещении устройства 214. Заметим, что ток может быть сколь угодно малым для ограничения рассеяния энергии.

Способ обнаружения приемника через изменение емкости является так называемым способом аналогового импульса, он основан на изменении емкости электрода на или около граничной поверхности вследствие размещения объекта на граничной поверхности.

Способ, в частности, подходит для передатчиков энергии, которые используют свободное расположение, потому что он позволяет реализации, которые имеют очень низкую мощность в режиме ожидания и все же демонстрируют приемлемое для пользователя время срабатывания. Причина состоит в том, что (непрерывное) сканирование граничной поверхности на изменения в расположении объектов и связанных с ними приемников энергии является относительно дорогостоящей операцией. И напротив, обнаружение изменений в емкости электрода может быть очень дешевым (с точки зрения потребностей в электроэнергии). Отметим, что измерение емкости может продолжаться при отключенном питании основных частей базовой станции.

Конструкции передатчика энергии, которые основаны на массиве первичных (передающих) катушек, могут использовать массив первичных катушек в качестве рассматриваемого электрода. С этой целью, мультиплексор должен соединять все (или соответствующее подмножество) первичных катушек в массиве с блоком измерения емкости и одновременно разъединять первичные катушки от схемы возбуждения. Конструкции передатчика энергии, которые основаны на перемещении первичной катушки, могут использовать в качестве электродов катушки обнаружения на граничной поверхности.

Рекомендуется, чтобы схема датчика емкости была в состоянии обнаружить изменения с разрешением 100 фФ или лучше. Если обнаруженное изменение емкости превышает некоторый зависящий от реализации порог, передатчик энергии может заключить, что объект размещен на или удален с граничной поверхности. В этом случае передатчик энергии должен приступить к локализации объекта(ов) и попытаться идентифицировать приемники энергии на граничной поверхности.

Фиг. 2b изображает множество альтернативных топологий схем для емкостного обнаружения. В варианте воплощения (i) два электрода образуют конденсатор. В варианте воплощения (ii) две передающих катушки 218 образуют конденсатор. Варианты воплощения (i)-(iv) соответствуют вариантам воплощения (viii)-(xi) соответственно, и они отличаются положением схемы 212 обнаружения. В вариантах воплощения (i)-(iv) схема обнаружения соединена с электродом 204, 206, к которому также приложено напряжение источника 216 напряжения. В вариантах воплощения (viii)-(xi) источник 216 напряжения соединен с другим электродом конденсатора, чем схема 212 обнаружения. В вариантах воплощения (v) и (xii) показано, что множество передающих катушек 218 или множество электродов 204, 206 могут быть выполнены так, что они образуют множество конденсаторов в параллельной конфигурации. Следует отметить, что варианты воплощения (iii), (iv), (viii)-(xi) могут также иметь свои соответствующие эквиваленты, в которых множество конденсаторов расположены параллельно.

Варианты воплощения (vi), (vii), (xiii) и (xiv) фиг. 2b показывают другой аспект изобретения. Схема 212 обнаружения и источник 216 напряжения присоединены к одному и тому же электроду 220. Электрод может быть специальным электродом или может быть образован одной или более передающими катушками. Конденсатор, образованный этим электродом 220 и землей 222, отслеживается схемой 212 обнаружения. Схема 212 обнаружения измеряет при заданном приложенном напряжении, которое может быть переменным напряжением, постоянным напряжением или иметь форму импульсов, ток, текущий к электроду 220, который является показателем емкости. При помещении устройства изменяется емкость, и поэтому ток, текущий к электроду, изменяется. Следовательно, резкое изменение тока, текущего к электроду, указывает на размещение устройства. В варианте воплощения (xiii) передающая катушка используется в качестве одиночного электрода, а в вариантах воплощения (vii) и (xiv) множество электродов и/или множество передающих катушек соединены параллельно так, что каждая из них образует конденсатор относительно земли или приемника.

Фиг. 3 изображает представление в виде блок-схемы примера передатчика со свободным расположением точки отсчета. На этой фигуре, шестигранные катушки L1, L2 используются для передачи энергии, и они расположены в одной плоскости рядом друг с другом. Хотя показаны только две катушки L1, L2, имеется большее количество катушек (фактически вся плоскость может быть заполнена катушками) для обеспечения свободного расположения приемника на передатчике, то есть используются мультиплексоры MUX1, MUX2 для выбора обмотки, расположенной непосредственно под приемником для передачи энергии. Мультиплексоры MUX1, MUX2 соединяют соответствующую катушку L1, L2 с последовательным конденсатором C1, C2, так что комбинация катушек L1, L2 и конденсатора C1, C2 образует резонансный колебательный контур, необходимый для эффективной передачи энергии. Резонансный контур возбуждается от схемы полумоста HB1, HB2. Наконец, измерительное сопротивление Rsense используется для отслеживания тока катушки в целях управления.

Фиг. 4 изображает схематическое представление системы на фиг. 3. Полумост HB1, HB2 состоит из двух полевых транзисторов (FET) M1, M2, M3, M4, которые управляются микро