CZ310061B6

CZ310061B6 - A device, in particular for wireless power supply and charging

Info

Publication number: CZ310061B6
Application number: CZ2020-41A
Authority: CZ
Inventors: Karel Aizen
Original assignee: MEGAHERTZ s.r.o.
Priority date: 2020-01-29
Filing date: 2020-01-29
Publication date: 2024-07-03
Also published as: CZ202041A3

Abstract

The device, in particular for wireless power supply and charging, which consists essentially in the fact that between the power source (46) and the power part of the device there is a pulse-width modulated source (1) and a generator (2) of excitation signals connected parallelly that together excite the power part of the device, whereas the first and the second work coil (10,11) are connected parallelly with the first and the second transistor (9,12). The power part consists of at least one pair of the first transistor (5) or the second transistor (6) and the first choke (7) or the second choke (8), whereas the generator (2) of excitation signals works with a duty cycle ranging from 50 to 53 %.

Description

Zařízení, zejména pro bezdrátové napájení a nabíjeníApparatus, in particular for wireless power and charging

Oblast technikyField of technology

Vynález se týká zařízení, zejména pro bezdrátové napájení a nabíjení, které je založeno na principu přímo buzené rezonance a je použitelné napříč obory, nicméně jeho hlavní použití spadá primárně do oblasti elektroniky a elektrotechniky.The invention relates to a device, especially for wireless power supply and charging, which is based on the principle of directly excited resonance and is applicable across fields, however, its main use falls primarily in the field of electronics and electrical engineering.

Dosavadní stav technikyCurrent state of the art

V současné době je pro přenos elektrické energie, respektive pro nabíjení a napájení spotřebičů, využíváno standardní připojení, tedy formou přímého připojení daného spotřebiče k elektrorozvodné síti. To je využíváno zejména pro svou jednoduchost řešení, kdy však ona jednoduchost, je zároveň i zásadní nevýhodou. I přesto, že toto řešení podléhá příslušným normám například z hlediska bezpečnosti či výkonových nároků, existuje zde vždy reálné riziko jeho přerušení či oxidace, což vede k jeho nefunkčnosti. Z tohoto a dalších důvodů je nutné v mnoha oblastech využívat k přenosu energie cestu bezdrátovou, například v rámci nevhodného či nebezpečného prostředí, či z důvodu určitého pokroku či komfortu takového řešení.At present, a standard connection is used for the transmission of electrical energy, i.e. for charging and powering appliances, i.e. the direct connection of the appliance to the electrical distribution network. This is mainly used for its simplicity of solution, when that simplicity, however, is at the same time a fundamental disadvantage. Even though this solution is subject to relevant standards, for example in terms of safety or performance requirements, there is always a real risk of its interruption or oxidation, which leads to its non-functionality. For this and other reasons, it is necessary in many areas to use a wireless path for energy transmission, for example in an unsuitable or dangerous environment, or because of a certain progress or comfort of such a solution.

V dnešní době již existuje možnost přenášet informaci bezdrátově, existují bezdrátová zařízení, která k přenosu informace nepotřebují vůbec žádné vodiče, ovšem jeden vodič je stále potřeba, ať již ke svému stálému napájení nebo k nabití baterie. Proto se jako nejnovější technologie začíná objevovat bezdrátové napájení nebo nabíjení spotřebičů. Jedná se o nahrazení posledního vodiče, vedoucího k zařízení, a tudíž k jeho naprosté mobilitě a nezávislosti na kabelovém připojení. K bezdrátovému přenosu energie lze samozřejmě použít několik fyzikálních principů s různými vlastnostmi a samozřejmě s možností využití a nasazení do komerční sféry.Nowadays, it is already possible to transmit information wirelessly, there are wireless devices that do not need any wires at all to transmit information, but one wire is still needed, either for its permanent power supply or to charge the battery. Therefore, wireless power supply or charging of appliances is starting to appear as the latest technology. It is the replacement of the last wire leading to the device and therefore its complete mobility and independence from cable connection. Of course, several physical principles with different properties can be used for wireless energy transmission and, of course, with the possibility of use and deployment in the commercial sphere.

V současné době lze bezdrátový přenos energie v zásadě dělit na dvě skupiny. První patří do oblasti telekomunikací, jako je například rádio. Jde zde o přenos malého množství energie od vysílače k přijímači. Toto malé množství dokáže však v přijímači vyvolat nepatrnou změnu a tím rozpoznat kód. Přijímač zde musí mít vlastní zdroj energie, který je potřebný k jeho správnému fungování. Podle typu přenosu můžeme bezdrátový přenos dále rozlišovat na komunikaci optickou, rádiovou a sonickou. Optická komunikace pracuje na principu přenosu světla a je využívána v mnoha oblastech, například infračervená komunikace v dálkových ovladačích nebo čidlech. Rádiová komunikace se využívá především v televizních přenosech, vysílačkách, ale také i v dálkových ovladačích. Sonickou neboli zvukovou komunikaci využívají především ponorky a také samozřejmě verbální komunikace mezi lidmi. Příklady bezdrátové komunikace, kdy přijímače mají vlastní zdroj elektrické energie, a přenáší se pouze informace, jsou systémy označované jako Bluetooth. WI-FI, IrDA, elektromagnetické vlny, zejména laser a mikrovlny, tlumené vlny a magnetická rezonance.Currently, wireless power transmission can basically be divided into two groups. The first belongs to the field of telecommunications, such as radio. This involves the transfer of a small amount of energy from the transmitter to the receiver. However, this small amount can cause a slight change in the receiver to recognize the code. The receiver here must have its own power source, which is required for its proper functioning. According to the type of transmission, we can further distinguish wireless transmission into optical, radio and sonic communication. Optical communication works on the principle of light transmission and is used in many areas, for example infrared communication in remote controls or sensors. Radio communication is mainly used in television transmissions, radios, but also in remote controls. Sonic or sound communication is mainly used by submarines and also, of course, verbal communication between people. Examples of wireless communication where the receivers have their own power source and only information is transmitted are systems known as Bluetooth. WI-FI, IrDA, electromagnetic waves, especially laser and microwaves, damped waves and magnetic resonance.

Do druhé skupiny patří soustava vysílače a přijímače, kdy přijímač nedisponuje žádným vlastním zdrojem elektrické energie. To znamená, že vysílač vysílá energii, která je potřebná nejen k přenesení informace, ale i k napájení přijímače. Taková soustava ovšem musí mít vysokou účinnost, která by neměla být nižší než 70 %. Hlavními problémy výkonového přenosu je efektivita, která se s vzdáleností velmi výrazně snižuje, dále je to nebezpečí pro živé organismy, který by se vyskytovaly mezi vysílači a přijímači, což lze eliminovat použitím vhodné technologie. Do druhé skupiny pro výkonový přenos patří elektromagnetická indukce, což je nejběžnější bezdrátový přenos, který zároveň zajišťuje i přeměnu elektrické energie. Již dlouho se využívá ve velké energetice, počínaje generátory v elektrárnách, přes transformátory až po nabíječky mobilních telefonů. Její princip je již delší dobu znám, a proto vychází jako nejlogičtější fyzikální princip pro bezdrátový přenos energie.The second group includes a system of transmitter and receiver, where the receiver does not have any source of electrical energy of its own. This means that the transmitter sends out energy that is needed not only to transmit information, but also to power the receiver. However, such a system must have a high efficiency, which should not be lower than 70%. The main problems of power transmission are efficiency, which decreases very significantly with distance, and the danger to living organisms that would occur between transmitters and receivers, which can be eliminated by using appropriate technology. The second group for power transmission includes electromagnetic induction, which is the most common wireless transmission, which also ensures the conversion of electrical energy. It has long been used in large-scale energy, from generators in power plants, through transformers to mobile phone chargers. Its principle has been known for a long time, and therefore it emerges as the most logical physical principle for wireless energy transfer.

- 1 CZ 310061 B6- 1 CZ 310061 B6

Když umístíme elektrický obvod do magnetického pole, pak tímto obvodem nebude procházet žádný elektrický proud, pokud se magnetické pole nebude v čase měnit, tedy je stacionární a pokud se elektrický obvod nebude pohybovat. Ovšem v obvodu začne procházet elektrický proud, pokud se smyčka začne pohybovat nebo se magnetické pole začne v čase měnit. Změnou magnetického pole se v cívce připojené k obvodu začne indukovat elektrické napětí a obvodem začne procházet indukovaný proud. To má za následek, že obvodem začne procházet proud i přes to, že k němu nebyl připojen žádný zdroj. Tohoto jevu se již využívá a zařízení opírající se o uvedené principy jsou na trhu. Na principu elektromagnetické indukce pracují níže uvedené systémy.If we place an electric circuit in a magnetic field, then no electric current will pass through this circuit, if the magnetic field does not change with time, i.e. it is stationary, and if the electric circuit does not move. However, if the loop begins to move or the magnetic field begins to change over time, an electric current will begin to flow in the circuit. By changing the magnetic field, an electric voltage starts to be induced in the coil connected to the circuit and an induced current starts to flow through the circuit. This results in current flowing through the circuit even though no source has been connected to it. This phenomenon is already being used and devices based on the mentioned principles are on the market. The systems listed below work on the principle of electromagnetic induction.

Prvním je tak zvaný Qi standard, který se v zásadě skládá ze dvou zařízení, tedy z nabíjecí podložky, do níž je přiveden elektrický proud, a která pomocí své vestavěné cívky v okolním vzduchu vytváří proměnné magnetické pole, a dále dobíjeného zařízení, v jehož cívce se sekundárně opět indukuje střídavý elektrický proud. Nabíjené přenosné zařízení si ho dále usměrňuje a tuto přenesenou energii ukládá do svého akumulátoru. Systém je v současné době využíván v rámci technologie v dobíjení mobilních telefonů Systém Qi standartu lze taktéž zařadit do skupiny tak zvaného „blízkého pole“. Pracuje na principu vázaného indukčního přenosu energie. Účinnost takového přenosu je velmi vysoká, ale ovšem jen na krátké vzdálenosti. Na delší vzdálenosti je nepoužitelná kvůli vysokým ztrátám při přenosu, proto je indukční nabíjení vhodné například při položení zařízení na vysílací desku. Zařízení tohoto typu , která budou schopna přijímat bezdrátovou energii, mohou být i velmi malých rozměrů.The first is the so-called Qi standard, which basically consists of two devices, i.e. a charging pad into which an electric current is supplied, and which uses its built-in coil to create a variable magnetic field in the surrounding air, and a rechargeable device whose coil an alternating electric current is again induced secondarily. The charged portable device further directs it and stores this transferred energy in its accumulator. The system is currently used as part of mobile phone charging technology. The Qi standard system can also be included in the so-called "near field" group. It works on the principle of coupled inductive energy transfer. The efficiency of such transmission is very high, but only over short distances. It is unusable for longer distances due to high transmission losses, so inductive charging is suitable, for example, when placing the device on a broadcast board. Devices of this type, which will be able to receive wireless energy, can be very small in size.

K zařízením, využívající principu elektromagnetické indukce, tedy označovaných jako systémy “blízkého pole“, patří také systém Powermat, který úspěšně nabízí bezdrátové nabíječky a pouzdra k některým mobilním zařízením, které dokážou bezdrátové nabíjení umožnit pomocí elektromagnetické indukce. Je uváděna účinnost nabíjení přes 90 %, což se dá srovnat s nabíjením pomocí kabelových nabíječek. Na nabíjecí „ploténku“, lze snadno položit mobilní telefon, přehrávač nebo ovladač a tím je tak velmi snadno nabíjet. Mobilní zařízení lze snadno uložit do pouzdra, které obsahuje přijímací cívku a jelikož je cívka zabudovaná do tenké destičky, lze ji zabudovat do pouzdra, a tak velmi snadno použít. Tento princip je velice jednoduchý, protože výrobci mohou destičku použít jako zadní kryt například mobilního telefonu, takže náklady na výrobu nebudou příliš vysoké a styl mobilního telefonu se nemusí nikterak měnit. Systém Powermat ale jde se svojí vizí dál a jejím dlouhodobějším cílem je budovat své nabíjecí destičky například do stolů v kancelářích nebo do kuchyňských linek. V kuchyni by pak naprosto zmizely všechny kabely, které jsou nevzhledné a v častých případech také překáží a obecně by se zlepšila i hygiena. Nejambicióznějším projektem je pak zabudování nabíjecích destiček přímo do zdí, podlah i stropů. Nemusely by se pak vůbec vrtat do zdi další přívodní kabely, žádný spotřebič by neměl žádné dráty, televizi by bylo možno jen upevnit na zeď a libovolně s ní manipulovat, odpadly by prodlužovací šňůry a pokoj by bylo možno libovolně přestavovat bez ohledu, kde jsou zabudovány zásuvky. Nehledě na ohromné snížení požárního rizika kvůli chybějícím prodlužovacím šňůrám a kabelům. Tento systém se bude montovat na palubní desky aut, a tak bezdrátově dobíjet přístroje i při cestování. Indukční podložky mohou být integrovány do opěrek sedaček, a tak mohou letiště nejen nabízet zdarma internet ale také snadnou možnost si dobít například mobilní telefon, a později i dokonce notebooky.Devices using the principle of electromagnetic induction, i.e. referred to as "near field" systems, also include the Powermat system, which successfully offers wireless chargers and cases for some mobile devices that can enable wireless charging using electromagnetic induction. A charging efficiency of over 90% is reported, which can be compared to charging with cable chargers. You can easily place a mobile phone, player or controller on the charging "plate" and charge them very easily. The mobile device can be easily stored in a case that contains the receiving coil and since the coil is built into a thin plate, it can be built into the case and thus very easy to use. This principle is very simple, because manufacturers can use the plate as the back cover of a mobile phone, for example, so the production costs will not be too high and the style of the mobile phone does not have to change in any way. But the Powermat system goes further with its vision and its longer-term goal is to build its charging plates, for example, into desks in offices or kitchen counters. All the unsightly cables would then completely disappear in the kitchen and in many cases also get in the way, and hygiene would also improve in general. The most ambitious project is the installation of charging plates directly into walls, floors and ceilings. Additional power cables would then not have to be drilled into the wall at all, no appliance would have any wires, the TV could just be fixed to the wall and manipulated as desired, extension cords would be eliminated and the room could be rearranged as desired regardless of where they are installed plugs. Despite the huge reduction in fire risk due to the absence of extension cords and cables. This system will be mounted on car dashboards, thus wirelessly charging devices even while traveling. Induction mats can be integrated into seat backs, so airports can not only offer free internet, but also an easy way to recharge mobile phones, for example, and later even laptops.

Dále stav techniky zahrnuje i nabíjecí podložku „Ma“, která je zařízením, které dokáže bezdrátově nabíjet přístroje, které položíte na podložku. Najednou dokáže nabíjet až 3 zařízení. Uprostřed každé části je malý magnet, který dokáže přístroj udržet na správném místě, a tak jej efektivně nabíjet. Samozřejmostí je zvukové a optické upozornění a automatické vypnutí nabíjení v případě, kdy je přístroj plně nabitý. Zatím neexistuje žádný standard pro bezdrátové nabíjení spotřebičů, a tak v žádném mobilním zařízení zatím nelze nalézt nabíjecí ploténky. Proto jsou vyráběna samostatná pouzdra, do kterých se příslušné zařízení vloží a je schopno přijímat energii přes nabíjecí ploténky. Takové pouzdra jsou velmi tenká a příliš nezvětšují rozměry ani hmotnost spotřebiče. Každé pouzdro je speciálně upraveno pro konektor konkrétního výrobce, takže neníFurthermore, the state of the art includes the "Ma" charging pad, which is a device that can wirelessly charge devices that you place on the pad. It can charge up to 3 devices at once. In the middle of each part is a small magnet that can keep the device in the right place and thus charge it efficiently. It goes without saying that there is an audio and optical warning and automatic charging shutdown when the device is fully charged. There is no standard for wireless charging of appliances yet, so no charging plates can be found in any mobile device yet. Therefore, separate cases are produced in which the respective device is inserted and is able to receive energy through the charging plates. Such cases are very thin and do not greatly increase the dimensions or weight of the appliance. Each case is specially adapted for a specific manufacturer's connector, so it is not

- 2 CZ 310061 B6 možné používat jedno pouzdro pro víc spotřebičů.- 2 CZ 310061 B6 possible to use one case for several appliances.

V neposlední řadě existuje například zařízení s názvem „PowerCube“. Jedná se o malé zařízení, které má v sobě zabudovanou nabíjecí destičku a také obsahuje 6 konektorů, pomocí kterých můžete nabíjet bezdrátově další tisíce mobilních přístrojů. PowerCube má obrovskou výhodu, protože již nemusíte ke každému spotřebiči uchovávat nabíjecí kabely, všechny mobilní přístroje můžete nabíjet jen pomocí jedné malé krabičky. Zařízení se položí na nabíjecí ploténku „Mat“ a připojí se k němu mobilní zařízení a tím dojde k nabití zařízení.Last but not least, there is a device called "PowerCube" for example. It is a small device that has a built-in charging plate and also contains 6 connectors, with which you can charge thousands of other mobile devices wirelessly. The PowerCube has a huge advantage, because you no longer have to keep charging cables for each appliance, you can charge all mobile devices with just one small box. The device is placed on the "Mat" charging plate and the mobile device is connected to it and the device is charged.

Do této skupiny ve své podstatě patří i technické řešení podle patentu č. US 7880337 B2, které také využívá principů indukčního nabíjení.This group essentially also includes the technical solution according to patent No. US 7880337 B2, which also uses the principles of inductive charging.

Všechny výše uvedené systémy, včetně systému Qi standard, lze, jak bylo již výše uvedeno, zahrnout do systému přenosu energie v rámci tak zvaného blízkého okolí, tedy oblasti v bezprostřední blízkosti antény. Všechny jejich výhody plynou ze skutečnosti, že k přenosu energie není třeba připojení síťového kabelu do síťové zásuvky. Nevýhodou je v zásadě účinnost přenosu, neboť i přesto, že tento systém je definován jako bezdrátový, tak pro funkčnost vyžaduje téměř kontaktní vzdálenost. Ta je tedy pro takové nabíjení limitující, neboť každé zvětšení této vzdálenosti, respektive vzduchové mezery, účinnost systému zásadně degraduje. Z tohoto důvodu je u tohoto systému ve veřejných zdrojích uváděna vzdálenost do 4 cm, ve které je systém přenosu schopen. Navíc, vlivem vířivých proudů, vznikajících během jeho průběhu a majících za následek výrazný ohřev kovových materiálů, dochází k enormním ztrátám. To je také důvodem, proč zařízení, nabízená v komerční sféře, při kontaktní vzdálenosti deklarují účinnost, nepřesahující 50 %.All of the above systems, including the Qi standard system, can, as already mentioned above, be included in the energy transfer system within the so-called close vicinity, i.e. the area in the immediate vicinity of the antenna. All their advantages stem from the fact that there is no need to connect a network cable to a network socket to transfer power. The disadvantage is basically the efficiency of the transmission, because even though this system is defined as wireless, it requires an almost contact distance for functionality. This is therefore limiting for such charging, as any increase in this distance, or the air gap, fundamentally degrades the efficiency of the system. For this reason, for this system, the distance up to 4 cm in which the transmission system is capable is indicated in public sources. In addition, due to the effect of eddy currents, which arise during its course and result in significant heating of metal materials, enormous losses occur. This is also the reason why devices offered in the commercial sphere declare an efficiency of no more than 50% at the contact distance.

Třetí skupina zařízení pro přenos energie pracuje na principu rezonance, využívající k přenosu energie elektricky vázané dvojice rezonátorů na shodném kmitočtu a obvody, spojené prostřednictvím kapacitního posuvného proudu. V obecné rovině lze rezonanci definovat jako snahu systému kmitat na větší amplitudě, respektive při určitých frekvencích než při ostatních frekvencích, tedy na tak zvaných rezonančních frekvencích. K rezonanci tedy následně dochází, pokud je systém schopen uchovávat a jednoduše převádět energii mezi dvěma nebo více jejími podobami. Rezonanční jevy se tedy vyskytují u všech typů kmitání a vin, tedy existuje i tak zvaná elektromagnetická rezonance. Do této podskupiny spadá řešení, dnes známé pod označením WiTricity. Jedná se o možnosti přenosu pomocí magnetické rezonance dvou magneticky buzených spirálových antén.The third group of energy transfer devices works on the principle of resonance, using electrically coupled pairs of resonators at the same frequency and circuits connected through capacitive displacement current to transfer energy. In general terms, resonance can be defined as the effort of a system to oscillate at a greater amplitude, or at certain frequencies than at other frequencies, i.e. at the so-called resonant frequencies. Resonance then occurs if the system is able to store and simply transfer energy between two or more of its forms. Resonance phenomena therefore occur in all types of oscillations and faults, so there is also the so-called electromagnetic resonance. This subgroup includes the solution known today as WiTricity. These are the possibilities of transmission using magnetic resonance of two magnetically excited spiral antennas.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Uvedené nedostatky jsou z podstatné části odstraněny zařízením podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že mezi výkonovým zdrojem a výkonovou částí zařízení jsou paralelně zapojeny šířkou pulzu modulovaný zdroj a generátor budících signálů, které společně budí výkonovou část zařízení, přičemž první a druhá pracovní cívka jsou paralelně zapojeny s prvním a druhým tranzistorem.The mentioned shortcomings are largely eliminated by the device according to the invention, the essence of which is that a pulse width modulated source and a generator of excitation signals are connected in parallel between the power source and the power part of the device, which together excite the power part of the device, while the first and second working coils are connected in parallel with the first and second transistors.

Výkonová část zařízení sestává výhodně z alespoň jedné dvojice prvního tranzistoru nebo druhého tranzistoru a první tlumivky nebo druhé tlumivky.The power part of the device preferably consists of at least one pair of a first transistor or a second transistor and a first choke or a second choke.

Generátor budících signálů pracuje výhodně se střídou v rozsahu od 45 do 53 %.The excitation signal generator works advantageously with an alternation in the range from 45 to 53%.

Šířkou pulzu modulovaný zdroj je výhodně spojen s třetí tlumivkou a s napěťovým regulátorem, který je spojen s generátorem budících signálů, který přes předřadný odpor je spojen s prvním tranzistorem, který je spojen s prvním kondenzátorem a první pracovní cívkou vysílače. První kondenzátor může být proveden jako kondenzátorová baterie složená z devíti serio paralelně zapojených impulzních kondenzátorů.The pulse width modulated source is preferably connected to a third choke and to a voltage regulator, which is connected to a generator of excitation signals, which is connected to a first transistor via a primary resistor, which is connected to a first capacitor and a first working coil of the transmitter. The first capacitor can be made as a capacitor bank consisting of nine pulsed capacitors connected in series in parallel.

- 3 CZ 310061 B6- 3 CZ 310061 B6

Druhá pracovní cívka přijímače je výhodně spojena s druhým kondenzátorem, který je spojen s usměrňovacím můstkem, tvořeným čtyřmi diodami nebo čtyřmi tranzistory, který je dále spojen přes filtrační kapacitu se spotřebičem. Ke spotřebiči může být přiřazeno čidlo modulu zpětné vazby, které je bezdrátově propojeno s procesorem.The second working coil of the receiver is advantageously connected to the second capacitor, which is connected to a rectifier bridge, formed by four diodes or four transistors, which is further connected via a filter capacity to the consumer. A feedback module sensor can be assigned to the appliance, which is wirelessly connected to the processor.

Před generátor budících signálů může být předřazen řídicí procesor a za generátor budících signálů může být zařazen ochranný optočlen a přes předřadný odpor je k němu dále připojena přes předřadný odpor a tranzistory první tlumivka a druhá tlumivka, přičemž mezi předřadný odpor a tranzistory je zařazena Zenerova dioda.A control processor can be placed in front of the excitation signal generator, and a protection optocoupler can be inserted behind the excitation signal generator, and a first choke and a second choke are further connected to it via a series resistor and transistors, and a Zener diode is inserted between the series resistor and the transistors.

Před výkonovou částí může být zapojen první izolační transformátor a za výkonovou částí může být zapojen druhý izolační transformátor, přičemž mezi tranzistory jsou zapojeny třetí a čtvrtý kondenzátor.A first isolation transformer may be connected in front of the power section and a second isolation transformer may be connected behind the power section, while the third and fourth capacitors are connected between the transistors.

K šířkou pulzu modulovanému zdroji mohou být připojeny první a druhá tlumivka, které jsou dále spojeny s prvním kondenzátorem, který je dále spojen přes předřadný odpor s pátou diodou nebo se šestou diodou, které jsou připojeny k prvnímu tranzistoru nebo druhému tranzistoru, přičemž mezi pátou diodou a šestou diodou jsou zapojeny Zenerovy diody a první ochranný odpor a druhý ochranný odpor.First and second chokes may be connected to the pulse width modulated source, which are further connected to a first capacitor, which is further connected via a series resistor to a fifth diode or a sixth diode, which are connected to the first transistor or the second transistor, with between the fifth diode and the sixth diode connects the Zener diodes and the first protection resistor and the second protection resistor.

Mezi přijímač a vysílač může být vložen kovový předmět, nebo nejméně jeden paralelní LC člen.A metal object or at least one parallel LC element can be inserted between the receiver and the transmitter.

Vysílač sestávající z paralelních LC členů může výhodně konstrukčně odpovídat přijímači.A transmitter consisting of parallel LC members can advantageously match the receiver in design.

Je výhodné, pokud nejméně jeden z paralelních LC členů je vybaven feritovým elementem, zejména feritovým papírem nebo feritovým jádrem.It is advantageous if at least one of the parallel LC members is equipped with a ferrite element, in particular a ferrite paper or a ferrite core.

Výhodou tohoto systému je nejen jeho vysoká účinnost při kontaktní vzdálenosti, ale především samotná podstata vlastního řešení, spočívající v absenci nutnosti pevného spojení mezi zdrojem elektrické energie a spotřebičem. Navíc, systém je zcela bezpečný vůči živým tkáním, a sám o sobě nevytváří rušení, neboť emitor není modulován. To zásadně mění stávající podmínky a celkový pohled na využití elektrické energie napříč všemi oblastmi. Otevírá možnost jejího užití v místech, kde stávající řešení z hlediska prostředí není možné, je značně omezené nebo znamená velké finanční náklady či výrazný diskomfort. To se týká například vodotěsných aplikací, použití v prašném či kyselém prostředí, kdy mimo jeho zásadní použití v průmyslu, dopravě a komunikačních technologiích, má své jasné zastoupení i ve vojenské technice, stejně jako v oblasti zdravotnictví. Výhodou tohoto řešení proto není pouze jeho možnost jej implementovat jako prvek pro bezdrátové nabíjení a napájení do komunikační či vojenské techniky, osobních či nákladních vozidel, v rámci konstrukcí budov, a to případně i s armováním, či tak zvaných chytrých domácností, ale taktéž jeho využitelnost v rámci zásadního pokroku a inovace v oblasti zdravotnictví, zejména na úseku protetiky a kardiochirurgie.The advantage of this system is not only its high efficiency at the contact distance, but above all the very essence of its own solution, which consists in the absence of the need for a fixed connection between the source of electrical energy and the appliance. In addition, the system is completely safe to living tissues, and does not create interference by itself, since the emitter is not modulated. This fundamentally changes the existing conditions and the overall view of the use of electrical energy across all areas. It opens up the possibility of its use in places where the current solution is not possible from an environmental point of view, is very limited or means large financial costs or significant discomfort. This applies, for example, to waterproof applications, use in dusty or acidic environments, where apart from its essential use in industry, transport and communication technologies, it is also clearly represented in military technology, as well as in the field of healthcare. The advantage of this solution is therefore not only its possibility to implement it as an element for wireless charging and power supply in communication or military equipment, cars or trucks, as part of building structures, possibly also with reinforcement, or so-called smart households, but also its usability in within the framework of fundamental progress and innovation in the field of healthcare, especially in the field of prosthetics and cardiac surgery.

Systém je současně možné používat pro bezdrátovou zabezpečenou datovou komunikaci, zejména v případě použití ve vojenském sektoru při řízení a sběru dat například z průzkumných dronů.At the same time, the system can be used for secure wireless data communication, especially in the case of use in the military sector when controlling and collecting data from, for example, reconnaissance drones.

Zařízení podle vynálezu pracuje bezdrátově, kdy vzdálenost mezi zdrojem elektrické energie a spotřebičem lze měnit, či tvořit tak zvané „aktivní zóny“, ve kterých lze zařízení napájet a nabíjet, tedy například pokrýt plochu místnosti, a to vše bez ohřevu dotčených materiálů a vážných ztrát, systém lze provozovat i přes stínění a jak bylo výše uvedeno, lze jím nabíjet v desítkách kW. Lidé ani předměty nejsou přenášenou energií ovlivňovány.The device according to the invention works wirelessly, when the distance between the source of electrical energy and the consumer can be changed, or so-called "active zones" can be created, in which the device can be powered and charged, i.e. cover the area of the room, for example, and all this without heating the affected materials and causing serious losses , the system can be operated even through shielding and, as mentioned above, it can be used to charge tens of kW. Neither people nor objects are affected by the transmitted energy.

Zařízení je v porovnání s dosavadními technickými řešeními výrazně jednoduššího provedení. Zapojení nepoužívá žádné gyrátory, ale používá přímo buzené LC členy, takže se jedná i oCompared to existing technical solutions, the device is significantly simpler. The circuit does not use any gyrators, but uses directly excited LC members, so it is also a

- 4 CZ 310061 B6 celkově levnější řešení. V případě systému podle vynálezu není k dosažení vysokého poměru Q stejná velikost LC Couplerů nutná, stejně tak ani použití stejné konstrukce LC Coupleru a materiálů u přijímacích a vysílacích částí zařízení. To znamená, že v některých konkrétních případech může být výhodné použití rozdílných materiálů pro vysílač a přijímač. Jedná se o řešení frekvenčně stabilní, které nereaguje na jakékoliv výkyvy na vstupním napětí, či teplotně závislému odporu.- 4 CZ 310061 B6 an overall cheaper solution. In the case of the system according to the invention, in order to achieve a high Q ratio, the same size of LC Couplers is not necessary, nor is the use of the same LC Coupler design and materials for the receiving and transmitting parts of the device. This means that in some specific cases it may be advantageous to use different materials for the transmitter and the receiver. It is a frequency-stable solution that does not react to any fluctuations in the input voltage or temperature-dependent resistance.

Zařízení podle vynálezu vykazuje výrazně vyšší účinnost, respektive hodnotu Q přenosu mezi LC Couplery. Důvodem je skutečnost, že toto řešení užívá čisté, respektive jednoduché LC členy, a ne dvojice LC členů.The device according to the invention shows a significantly higher efficiency, or Q value of transmission between LC Couplers. The reason is the fact that this solution uses pure or simple LC members, and not a pair of LC members.

Umožňuje použít větší výkony na stejnou plochu, neboť užívá frekvence v řádech kHz, a neohřívá živé tkáně. Nepotřebuje vysoké vstupní napětí, ani „nakmitávat“ vysoké napětí na koncovém stupni, což je velká výhoda v oblasti bezpečnosti. Díky nízkému vstupnímu napětí neovlivňuje elektroniku, kdy v případě nutnosti stínění, je možné použit standardních postupů. V rámci přenosu lze nastavit místo, ve kterém bude účinnost přenosu nejvyšší. a to s ohledem na použitý materiál a geometrii LC Coupleru, což v praxi znamená, že v případě potřeby, si může nastavit vůči vzdálenosti, ve kterém bude nejvyšší účinnost přenosu energie. Zařízení je možné vzájemně řetězit a s ohledem na budoucí technologický pokrok v oblasti elektrotechniky lze říci, že bude možné jej řetězit nekonečnou řadou.It makes it possible to use greater powers on the same area, as it uses frequencies in the order of kHz, and does not heat living tissues. It does not need a high input voltage, nor does it need to "oscillate" a high voltage on the output stage, which is a big safety advantage. Thanks to the low input voltage, it does not affect the electronics, where if shielding is necessary, standard procedures can be used. Within the transmission, you can set the place where the transmission efficiency will be the highest. and this with regard to the material used and the geometry of the LC Coupler, which in practice means that, if necessary, it can be adjusted to the distance at which the energy transfer efficiency will be the highest. The devices can be chained to each other and considering the future technological progress in the field of electrical engineering, it can be said that it will be possible to chain it in an infinite series.

Podstatným rozdílem mezi systémem podle vynálezu a stávajícím stavem techniky u všech systémů na bázi „blízkého pole” je poměr vzdálenosti ve vztahu k účinnosti systému. Obecně platí, že čím větší vzdálenost, tím se účinnost zmenšuje; v případě systému podle vynálezu ale již toto pravidlo neplatí tak lineárně; neboť systém podle vynálezu pracuje bez uzemnění a na již výše popsaných principech.A significant difference between the system according to the invention and the current state of the art in all "near field" based systems is the distance ratio in relation to the efficiency of the system. In general, the greater the distance, the less effective; in the case of the system according to the invention, however, this rule no longer applies so linearly; because the system according to the invention works without grounding and on the principles already described above.

Zařízení podle vynálezu bylo vytvořeno za účelem bezdrátového nabíjení a napájení. Systém tak lze použít pro nabíjení či napájení zařízení jako jsou notebooky, mobilní telefony, powerbanky, ruční elektrické nářadí, elektrická vozidla, případně nabíjení a napájení věcí uvnitř vozidla a podobně.The device according to the invention was created for the purpose of wireless charging and power supply. The system can thus be used for charging or powering devices such as laptops, mobile phones, power banks, hand power tools, electric vehicles, or charging and powering things inside the vehicle and the like.

Využití tohoto systému lze dále spatřovat na poli špičkové medicíny, kde systém najde využití především v rámci komunikace bez nutnosti konektorů a kabelů obecně, protože zásadní výhodou tohoto řešení je možnost lokálně distribuovat energii v určitém poli či místnosti a napájet konkrétní spotřebiče, bez nutnosti jejich dobíjení. Jako příklad lze uvést výše zmíněné umělé srdce, které ve standardním provedení vyžaduje neustálé připojení ke zdroji energie, respektive k baterii, přičemž naše řešení v podobě místnosti, jako vysílače a části oblečení za využití plošné antény z uhlíkových vláken, či napařenou mědí na uhlíkovém základu jako přijímače, by dokázalo standardní umělé srdce bezdrátově napájet a značným způsobem tak zvýšit komfort užití takového zařízení.The use of this system can also be seen in the field of high-end medicine, where the system will find use mainly in communication without the need for connectors and cables in general, because the fundamental advantage of this solution is the possibility of locally distributing energy in a certain field or room and powering specific appliances, without the need to recharge them . As an example, the above-mentioned artificial heart, which in its standard version requires a constant connection to a power source or battery, while our solution in the form of a room, as a transmitter and part of clothing using a flat antenna made of carbon fibers or vaporized copper on a carbon base as a receiver, it would be able to wirelessly power a standard artificial heart and thus significantly increase the comfort of using such a device.

Tento systém také umožňuje spojení chytré elektroniky a lidského těla, přičemž není podstatné, jakou konkrétní elektroniku systém napájí. Lze jej také využít pro účely kapslové endoskopie, kde použitá sonda může být neustále napájena, a proto již nebude nutné spoléhat se na miniaturní baterii, což znamená, že bude možné pořídit mnohem kvalitnější záznamy. Další využití přímého bezdrátového napájení lze spatřovat ve speciálních aplikacích při vesmírných či hlubokomořských průzkumech, dále ve vojenském odvětví, případně v důlním průmyslu, přičemž v každém z těchto odvětví je kladen vysoký důraz na preciznost a dané situace neumožňují výměnu baterií nebo jejich užití je z technického hlediska velmi problematické.This system also enables the connection of smart electronics and the human body, and it is not important what specific electronics the system powers. It can also be used for capsule endoscopy purposes, where the probe used can be continuously powered and therefore no longer need to rely on a miniature battery, meaning much higher quality recordings will be possible. Another use of direct wireless power can be seen in special applications in space or deep-sea exploration, in the military sector, or in the mining industry, while in each of these sectors a high emphasis is placed on precision and the given situations do not allow the replacement of batteries or their use is from a technical point of view point of view very problematic.

Co se týká využití systému ve vojenském průmyslu, tak tento systém může představovat především nezanedbatelnou strategickou výhodu vůči nepříteli, a to třeba v případě využití dronů, jejichž maskované nabíjecí platformy umožní prakticky neomezenou dobu použití takového dronu, navíc lze prostřednictvím tohoto dronu dobíjet i další zařízení. Vzniká tak strategickáAs regards the use of the system in the military industry, this system can primarily represent a non-negligible strategic advantage against the enemy, for example in the case of the use of drones, whose camouflaged charging platforms allow for a practically unlimited time of use of such a drone, in addition, other devices can also be recharged through this drone . Thus, a strategic one is created

- 5 CZ 310061 B6 převaha, která bude využitelná například u pěchotních oddílů, které tak budou mít neustále dostatek energie. Navíc systém lze namodulovat tak, že v rámci přenosu lze tímto systémem přenášet i data. Ty tak nebude možné za dané situace odposlouchávat či přenos narušovat. To samozřejmě znamená lepší přenos informací mezi vojenskými jednotkami či výhodu v krizových situacích, kdy bude nutné strategické informace ukrýt nebo přenést. Podstatnou výhodou tohoto řešení je skutečnost, že nepodléhá zkáze vlivem vody, prachu či chemickým vlivům, a to díky možnosti jeho kompletního zakrytí a izolace od vnějšího okolí.- 5 CZ 310061 B6 superiority, which will be usable, for example, in infantry units, which will thus always have enough energy. In addition, the system can be modulated in such a way that data can also be transmitted through this system as part of the transmission. In this way, it will not be possible to eavesdrop or disrupt the transmission in the given situation. This, of course, means a better transfer of information between military units or an advantage in crisis situations when it will be necessary to hide or transfer strategic information. A significant advantage of this solution is the fact that it is not subject to destruction by water, dust or chemical influences, thanks to the possibility of its complete covering and isolation from the external environment.

O zásadní průlom v bezpečnosti a ekonomičnosti se může jednat také v důlním průmyslů, kde jsou vysoké nároky na zdroje. Konkrétně osvětlení a malé ruční nářadí bude možné díky bezjiskrovému systému dobíjet či přímo napájet bezdrátově, což sníží fyzickou zátěž a nároky na logistiku. Navíc, třeba vytvořením dobíjecí stěny pro lampy, vysílačky, případně napojením na další rezonanční moduly, které dokážou pracovat zároveň jako přijímač i vysílač, se zajistí dobití potřebné techniky přímo v dole, bez nebezpečí jiskření a případného zažehnutí přítomných plynů.It can also be a fundamental breakthrough in safety and economy in the mining industry, where there are high demands on resources. In particular, lighting and small hand tools will be able to be recharged or directly powered wirelessly thanks to the spark-free system, which will reduce the physical burden and demands on logistics. In addition, for example by creating a charging wall for lamps, radios, or by connecting to other resonance modules that can work simultaneously as a receiver and a transmitter, it is ensured that the necessary equipment is recharged directly in the mine, without the risk of sparks and possible ignition of the gases present.

Další příkladem použití tohoto zařízení je instalace systému na stožárové, ležaté či integrované typy vysílačů pro kompletní zasíťování a totální unifikaci přenosové techniky, čímž odpadne neustálý problém nekompatibility. Tímto se zajistí jednodušší a z hlediska takzvaného elektrosmogu čistší prostředí, protože jakýkoliv typ vysílače může být laděn pro jakákoliv pásma a tím zahrne veškerou komunikaci, tedy TV, rádio, internet, výkonový přenos, satelitní přenos a další, aniž by docházelo k vzájemnému rušení. Tím také dojde k podstatnému snížení počtu supervýkonných antén, které znatelně přesahují povolené hodnoty SAR a přímo tak vytváří rádiový stín, nebezpečná pásma vysokofrekvenčních polí a nutnost jejich umístění mimo obydlené zóny. Tímto způsobem použití se také zmenší uhlíková stopa technologie jako konceptu. Dále je technologie připravena pracovat také v rámci sítí 5G, kde již není řešení přijímač a vysílač, ale všechny elementy pracují v obou režimech, tedy jako tzv. „repeatery“. V tomto případě je velkou výhodou praktická absence přetížení a obrovská ekonomická úsporu z hlediska spotřebovávané energie.Another example of the use of this device is the installation of the system on mast, horizontal or integrated types of transmitters for complete networking and total unification of transmission technology, thereby eliminating the constant problem of incompatibility. This will ensure a simpler and cleaner environment from the point of view of the so-called electrosmog, because any type of transmitter can be tuned for any bands and thus include all communications, i.e. TV, radio, Internet, power transmission, satellite transmission and others, without mutual interference. This will also result in a substantial reduction in the number of super-powerful antennas that significantly exceed the permitted SAR values and directly create a radio shadow, dangerous bands of high-frequency fields and the necessity of their location outside populated zones. This way of use also reduces the carbon footprint of the technology as a concept. Furthermore, the technology is also ready to work within 5G networks, where the solution is no longer receiver and transmitter, but all elements work in both modes, i.e. as so-called "repeaters". In this case, a great advantage is the practical absence of overloading and a huge economic saving in terms of energy consumption.

Objasnění výkresůClarification of drawings

Příkladná provedení vynálezu jsou znázorněna na připojených výkresech, kde obr. 1 znázorňuje schematicky přenos energie pomocí Qi standardu v rámci stavu techniky, kde v případě vysílače a přijímače je uplatněn nízký kvalitativní koeficient, obr. 2 znázorňuje schematicky přenos energie pomocí systému či dvojsystému WiTricity v rámci stavu techniky, kde u vysílače a přijímače je uplatněna zdvojená soustava, uplatňující nízký a vysoký kvalitativní koeficient, obr. 3 znázorňuje schematicky přenos energie prostřednictvím vynálezu, který znázorňuje kombinaci přijímače a vysílače s vysokým kvalitativním koeficientem, obr. 4 znázorňuje snímek měření, ze kterého je patrná čistota vektoru na LC členu vysílače, generovaného pomocí systému, obr. 5 ukazuje snímek 3D vlny vytvořené pomocí pulzní šířkové modulace pulzů, obr. 6 schematicky znázorňuje zapojení LC členu, kde odpor je zapojen kvůli vlastnímu odporu L a C, obr. 7 schematicky zobrazuje variantu zapojení podle vynálezu s využitím přímo buzené resonance s paralelní dvojicí LC členů, obr. 8 schematicky znázorňuje variantu vynálezu s vlastním buzením s paralelním LC členem a indukčnostmi řídicí výkon, obr. 9 schematicky znázorňuje variantu vynálezu s výstupním transformátorem, obr. 10 schematicky zobrazuje základní variantu zapojení vynálezu, obr. 11 znázorňuje přenos od vysílače k přijímači pomocí opakovače a vytvoření aktivní zóny pro nabíjení a napájení, obr. 12 znázorňuje nákres možností rezonance v tak zvaném módu „repeater“, obr. 13 znázorňuje nákres jednoduchého použití systému podle vynálezu a obr. 14 znázorňuje nákres dalšího jednoduchého použití systému podle vynálezu.Exemplary embodiments of the invention are shown in the attached drawings, where Fig. 1 schematically shows the energy transfer using the Qi standard within the state of the art, where a low quality coefficient is applied in the case of the transmitter and receiver, Fig. 2 schematically shows the energy transfer using the WiTricity system or dual system in within the framework of the state of the art, where a double system is applied to the transmitter and receiver, applying a low and a high quality coefficient, Fig. 3 schematically shows the transfer of energy through the invention, which shows a combination of a receiver and a transmitter with a high quality coefficient, Fig. 4 shows a measurement image, from which can be seen the purity of the vector on the LC member of the transmitter, generated by the system, Fig. 5 shows a picture of a 3D wave created by pulse width modulation, Fig. 6 schematically shows the connection of the LC member, where the resistance is connected due to the self-resistance of L and C, Fig. 7 schematically shows a variant of the connection according to the invention using directly excited resonance with a parallel pair of LC members, Fig. 8 schematically shows a variant of the invention with self-excitation with a parallel LC member and control power inductances, Fig. 9 schematically shows a variant of the invention with an output transformer, Fig. 10 schematically shows the basic variant of the connection of the invention, Fig. 11 shows the transmission from the transmitter to the receiver using a repeater and the creation of an active zone for charging and power supply, Fig. 12 shows a diagram of resonance possibilities in the so-called "repeater" mode, Fig. 13 shows a diagram of simple use of the system according to the invention and Fig. 14 shows a drawing of another simple use of the system according to the invention.

- 6 CZ 310061 B6- 6 CZ 310061 B6

Příklady uskutečnění vynálezuExamples of implementation of the invention

Vynálezem je zařízení pro přenos energie pomocí přímo buzené rezonance, a to za pomocí dvojice LC členů. Za LC člen se považuje člen zahrnující kondenzátor a cívku, které mohou být zapojeny sériově nebo paralelně. Jeden z LC členů je buď vždy vysílač a druhý přijímač, nebo případně mohou být použity jako tak zvaný opakovač, kdy jsou LC členy zároveň vysílačem i přijímačem.The invention is a device for energy transfer using directly excited resonance, with the help of a pair of LC members. An LC member is considered to be a member including a capacitor and a coil, which can be connected in series or in parallel. One of the LC members is either always a transmitter and the other a receiver, or they can be used as a so-called repeater, where the LC members are both a transmitter and a receiver.

Systém pracuje bezdrátově, kdy vzdálenost mezi zdrojem elektrické energie a spotřebičem lze měnit, či tvořit tak zvané „aktivní zóny“, ve kterých lze zařízení napájet a nabíjet, tedy například pokrýt plochu místnosti, a to vše bez ohřevu dotčených materiálů a vážných ztrát, systém lze provozovat i přes stínění, a jak bylo výše uvedeno, lze jím nabíjet v desítkách kW například aku nářadí, notebooky, mobilní telefony a celou řadu dalších zařízení. Lidé ani předměty nejsou přenášenou energií ovlivňovány, protože systém nerezonuje nad poměr frekvence a výkonu omezené obecně přijímaným mezinárodním standardem.The system works wirelessly, when the distance between the source of electrical energy and the appliance can be changed, or so-called "active zones" can be created in which the device can be powered and charged, i.e. cover the area of the room, for example, and all this without heating the affected materials and causing serious losses, the system can be operated even through shielding, and as mentioned above, it can be used to charge tens of kW, for example, battery-powered tools, laptops, mobile phones and a whole range of other devices. Neither people nor objects are affected by the transmitted energy, because the system does not resonate above the frequency-to-power ratio limited by the generally accepted international standard.

Příklad 1Example 1

První příkladné provedení vynálezu je znázorněno schematicky na připojeném obr. 7. Výkonovým zdrojem 46 přivedeme napětí do obvodu. Šířkou pulzu modulovaným zdrojem 1 přivedeme kladné napětí na třetí tlumivku 22 a na napěťový regulátor 45, záporné napětí přivedeme na zem. Napěťovým regulátorem 45 nastavíme pracovní napětí procesoru 19 se zpětnou vazbou a generátoru 2 budících signálů a ten přes předřadný odpor 3 vybudí hradlo prvního tranzistoru 5, což ho otevře a vyzkratuje třetí tlumivku 22 proti zemi a tím ji nabije. Po uzavření prvního tranzistoru 5 se třetí tlumivka 22 vybije přes první kondenzátor 9 vysílače 32 a první pracovní cívku 10 vysílače 32 proti zemi. Tím se modul vysílače 32 nasytí energií a tento cyklus se dále opakuje nekonečně, až do přerušení výkonového zdroje 46 nebo odpojení na základě odpovědi čidla 18 modulu zpětné vazby. První kondenzátor 9 vysílače 32 a první pracovní cívka 10 vysílače 32 se po nasycení energií dostanou do rezonance a z první pracovní cívky 10 vysílače 32 se uvolní energie v podobě longitudinální emise a tím přivede do rezonance druhou pracovní cívku 11 přijímače 34 a druhý kondenzátor 12 přijímače 34, ze kterých energie dále proudí do plného usměrňovacího diodového můstku, složeného z první diody 13, druhé diody 14, třetí diody 15 a čtvrté diody 16 a z těchto diod dále proudí usměrněné napětí skrze filtrační kapacitu 21, která vyhladí napětí a poskytne ho spotřebiči 17. Pro úpravu parametrů obvodu v reálném čase a optimální nastavení přenosu energie, je k celému obvodu dále připojeno čidlo 18 modulu zpětné vazby.The first exemplary embodiment of the invention is shown schematically in the attached Fig. 7. The power source 46 supplies voltage to the circuit. With the pulse width modulated source 1, we bring a positive voltage to the third choke 22 and to the voltage regulator 45, we bring a negative voltage to the ground. With the voltage regulator 45, we set the working voltage of the processor 19 with feedback and the generator 2 of excitation signals, and it excites the gate of the first transistor 5 through the ballast resistor 3, which opens it and short-circuits the third choke 22 to the ground and thus charges it. After closing the first transistor 5, the third choke 22 discharges through the first capacitor 9 of the transmitter 32 and the first working coil 10 of the transmitter 32 to ground. This will saturate the transmitter module 32 with energy and this cycle will continue to repeat indefinitely until the power source 46 is interrupted or disconnected based on the response of the sensor 18 of the feedback module. The first capacitor 9 of the transmitter 32 and the first working coil 10 of the transmitter 32 reach resonance after being saturated with energy, and energy is released from the first working coil 10 of the transmitter 32 in the form of longitudinal emission and thus brings the second working coil 11 of the receiver 34 and the second capacitor 12 of the receiver 34 into resonance , from which the energy continues to flow into the full rectifier diode bridge, composed of the first diode 13, the second diode 14, the third diode 15 and the fourth diode 16, and from these diodes the rectified voltage continues to flow through the filter capacity 21, which smoothes the voltage and provides it to the consumer 17. In order to adjust the circuit parameters in real time and optimally set the energy transfer, the sensor 18 of the feedback module is also connected to the entire circuit.

Toto zapojení se vyznačuje možností použití velmi vysokého napětí a zároveň se jedná o jednoduchou variantu s jedním prvním tranzistorem 5. Zapojení je v podstatě nemodulovaný zesilovač v třídě E.This connection is characterized by the possibility of using a very high voltage and at the same time it is a simple variant with one first transistor 5. The connection is basically an unmodulated amplifier in class E.

K tomu je třeba uvést následující vysvětlení. Třída zesilovače je dána polohou pracovního bodu na převodní charakteristice tranzistoru. Převodní charakteristika je závislost kolektorového proudu na proudu báze. Zesilovače jsou z tohoto pohledu děleny do tří skupin, první základní, tedy lineární, zahrnující třídy A, B, AB, C, druhé spínané, tedy impulsní, zahrnující třídy D, E, S, T a třetí další, tedy s preregulátorem, laděné, zahrnující třídy F, G, H. Zesilovače ve třídě D jsou zesilovače, pracující na principu pulsně šířkové modulace, odborně označované anglickou zkratkou PWM, kde je vstupní analogový signál přiveden na modulátor, a převeden na signál s obdélníkovým průběhem a proměnnou střídou. Jestliže je vstupní napětí nulové, střídaje 1:1. Tímto způsobem upravený signál budí spínací koncové tranzistory. Na výstupu bývá obvykle zařazen více pólový filtr LC, který umožňuje získat z PWM digitálního signálu opět signál analogový a zároveň potlačuje vyšší harmonické kmitočty, vyskytující se ve výstupním signálu. Koncové tranzistory pracují ve spínacím režimu, což znamená relativně malé výkonové ztráty a z toho plynoucí menší požadavky na chlazení a mnohem větší účinnost, než na jakou jsme zvyklí zThe following explanation should be given for this. The class of the amplifier is given by the position of the operating point on the transfer characteristic of the transistor. The transfer characteristic is the dependence of the collector current on the base current. From this point of view, amplifiers are divided into three groups, the first basic, i.e. linear, including classes A, B, AB, C, the second switched, i.e. impulse, including classes D, E, S, T and the third other, i.e. with preregulator, tuned , including classes F, G, H. Amplifiers in class D are amplifiers working on the principle of pulse-width modulation, technically referred to by the English abbreviation PWM, where the input analog signal is fed to the modulator and converted to a signal with a rectangular waveform and variable alternating current. If the input voltage is zero, it alternates 1:1. The signal modified in this way excites the switching terminal transistors. A multi-pole LC filter is usually included at the output, which makes it possible to obtain an analog signal from the PWM digital signal and at the same time suppresses higher harmonic frequencies occurring in the output signal. The terminal transistors operate in switching mode, which means relatively little power loss and hence less cooling requirements and much greater efficiency than we are used to from

- 7 CZ 310061 B6 „jednodušších“ zařízení třídy AB. Zesilovače třídy E jsou modifikací třídy D. Zesilovač třídy E má paralelní stejnosměrné napájení a jeho spínač zkratuje sběrný kondenzátor, který je napájen přes tlumivku. Spínač je ovládán vstupním signálem a je za ním umístěn LC obvod.- 7 CZ 310061 B6 "simpler" class AB devices. Class E amplifiers are a modification of Class D. A Class E amplifier has a parallel DC supply and its switch short-circuits the collector capacitor which is fed through the choke. The switch is controlled by the input signal and there is an LC circuit behind it.

Paralelním koncovým stupněm uvedeného zapojení je první kondenzátor 9 vysílače 32 a první pracovní cívka 10 vysílače 32. Pro ochranu řídící elektroniky vkládáme do obvodu napěťový regulátor 45, což v tomto případě představuje měnič ze stejnosměrného na stejnosměrné napětí, tak zvaný „DC-DC měnič“, což je impulzní měnič, který funguje ve dvou módech, a to zvyšující nebo snižující napětí, jedná se obdobu transformátoru složenou z polovodičů, DC- DC měniče tvoří samostatnou skupinu zdrojů, která je dle konstrukce a použití velmi široká.The parallel end stage of the mentioned connection is the first capacitor 9 of the transmitter 32 and the first working coil 10 of the transmitter 32. To protect the control electronics, we insert a voltage regulator 45 into the circuit, which in this case represents a converter from DC to DC voltage, the so-called "DC-DC converter" , which is an impulse converter that works in two modes, increasing or decreasing voltage, it is similar to a transformer composed of semiconductors, DC-DC converters form a separate group of sources, which is very broad in terms of design and use.

Základní definice stejnosměrných měničů je odvozena od změny výstupního napětí. Potřebujeme-li napájet obvody nižším napětím, než je napětí zdroje, musíme použít měnič se změnou napětí směrem dolů - takzvaný snižující měnič označovaný též jako „buck“. Naopak potřebujeme-li získat vyšší napětí, než je napětí zdroje musíme použít měnič s napěťovou konverzí směrem nahoru - takzvaný zvyšující měnič označovaný jako „boost“. Protože je při provozu měniče hladina vstupního napětí jiná, než hladina výstupního napětí, může být u těchto obvodů požadavek na galvanickou izolaci. Pomocí DC-DC měniče nastavujeme optimální napětí pro hladký chod procesoru 19 se zpětnou vazbou a generátoru 2 budících signálů a zároveň jeho použitím snížíme vlastní ztrátu obvodu, na místo použití napěťového stabilizátoru nebo výkonového rezistoru, což jsou značně neefektivní metody.The basic definition of DC converters is derived from the change in output voltage. If we need to supply the circuits with a lower voltage than the voltage of the source, we have to use an inverter with a downward voltage change - a so-called step-down inverter also referred to as a "buck". On the contrary, if we need to obtain a higher voltage than the voltage of the source, we must use a converter with an upward voltage conversion - a so-called increasing converter referred to as "boost". Since the input voltage level is different from the output voltage level during inverter operation, galvanic isolation may be required for these circuits. Using the DC-DC converter, we set the optimal voltage for the smooth operation of the processor 19 with feedback and the generator 2 of excitation signals, and at the same time, by using it, we reduce the circuit's own loss, instead of using a voltage stabilizer or a power resistor, which are very inefficient methods.

Použitý předřadný odpor 3 je klasický odpor z řad E24 1W 10 Ohm, omezuje proud a napětí o určité hodnotě odporu vyjádřené v Ohmech. Řada E24 je běžná produktová mezinárodní standarda, která označuje násobek. První tranzistor 5 může být jakýkoliv MOSFET neboli Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, odpovídající požadovanému výkonu. MOSFET je polem řízený tranzistor, u kterého je vodivost kanálu mezi elektrodami Source a Drain ovládána elektrickým polem vytvářeným ve struktuře kov - M, oxid - O, polovodič - S napětím přiloženým mezi Gate a Source. V našem případě je použitý typ IRF540 se stropem u 50V a 40A, vhodný pro vysokofrekvenční buzení. 1RF540 je konkrétní typ tranzistoru s vlastní datovou tabulkou hodnot.The used primary resistor 3 is a classic resistor from the E24 1W 10 Ohm series, it limits the current and voltage by a certain resistance value expressed in Ohms. The E24 series is a common product of the international standard, which indicates a multiple. The first transistor 5 can be any MOSFET or Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor corresponding to the required performance. A MOSFET is a field-controlled transistor in which the conductivity of the channel between the Source and Drain electrodes is controlled by the electric field created in the structure metal - M, oxide - O, semiconductor - S by the voltage applied between Gate and Source. In our case, the type IRF540 with a ceiling of 50V and 40A is used, suitable for high-frequency excitation. The 1RF540 is a specific type of transistor with its own datasheet of values.

Použitá třetí tlumivka 22 je na jádru typu AMIDON, což je železoprachové, nebo-li feritové toroidní jádro, s padesáti závity a indukčností 120uH na 6A. Její nastavení je v tomto obvodu kritické vůči rezonanční dvojici, tedy prvnímu kondenzátoru 9 vysílače 32 a první pracovní cívce 10 vysílače 32. Třetí tlumivka 22 určuje výkon obvodu a zároveň funguje jako omezení proudu a chrání obvod před zničením. Doporučuje se, aby třetí tlumivka 22 měla vlastní rezonanční frekvenci, blízko rezonanční frekvenci dvojice první kondenzátor 9 vysílače 32 a první pracovní cívka 10 vysílače 32, čímž dosáhneme optimálního chodu obvodu. Samotný první kondenzátor 9 vysílače 32 je tvořen impulzní kondenzátorovou baterií, složenou z pěti kondenzátorů, každý o hodnotě 10nF na 1000V, v celkové hodnotě 50nF na 1000V, Čímž je dosaženo optimálních podmínek pro první pracovní cívku 10 vysílače 32, která je konstruována jedním závitem nakrátko měděným drátem o hodnotě 0,6uH. Tímto nastavením dosáhneme rezonanční frekvence 290,5kHz. Schematické zapojení na obr. 7 se vyznačuje větší vzdáleností přenosu.The third choke 22 used is on an AMIDON type core, which is an iron powder or ferrite toroidal core, with fifty turns and an inductance of 120uH at 6A. Its setting is critical in this circuit to the resonant pair, that is, the first capacitor 9 of the transmitter 32 and the first working coil 10 of the transmitter 32. The third choke 22 determines the power of the circuit and at the same time functions as a current limiter and protects the circuit from destruction. It is recommended that the third choke 22 has its own resonant frequency, close to the resonant frequency of the pair of the first capacitor 9 of the transmitter 32 and the first working coil 10 of the transmitter 32, thereby achieving optimal operation of the circuit. The first capacitor 9 of the transmitter 32 itself is made up of a pulsed capacitor battery, composed of five capacitors, each with a value of 10nF at 1000V, with a total value of 50nF at 1000V, which achieves optimal conditions for the first working coil 10 of the transmitter 32, which is constructed with one short circuit copper wire with a value of 0.6uH. With this setting, we reach a resonant frequency of 290.5kHz. The schematic connection in Fig. 7 is characterized by a longer transmission distance.

V případě, že bude první pracovní cívka 10 vysílače 32 a druhá pracovní cívka 11 přijímače 34 v dosahu blízkého pole antény, dojde z důvodu fázového posuvu proudu a napětí, k horšímu přenosu energie skrze neželezné kovové předměty. Fázový posuv je v tomto případě nepřímo úměrný vzdálenosti první pracovní cívky 10 vysílače 32 a druhé pracovní cívky 11 přijímače 34.If the first working coil 10 of the transmitter 32 and the second working coil 11 of the receiver 34 are within reach of the near field of the antenna, there will be a worse transmission of energy through non-ferrous metal objects due to the phase shift of the current and voltage. In this case, the phase shift is inversely proportional to the distance between the first working coil 10 of the transmitter 32 and the second working coil 11 of the receiver 34.

Zvýšení prostupnosti energetických polí, tedy zvýšení kvality přenosu vložením kovového předmětu, který není na schematickém obr. 7 znázorněn, mezi první pracovní cívku 10 vysílače 32 a druhou pracovní cívku 11 přijímače 34 není možné v případě, že jsou jejich blízká pole takzvaně na dotyk. Naopak, za předpokladu, že jsou blízká pole první pracovní cívky 10 vysílače 32 a druhé pracovní cívky 11 přijímače 34, takzvaně mimo dotyk, lze vložením kovovéhoIncreasing the permeability of energy fields, i.e. increasing the quality of transmission by inserting a metal object, which is not shown in schematic figure 7, between the first working coil 10 of the transmitter 32 and the second working coil 11 of the receiver 34 is not possible if their nearby fields are so-called touching. On the contrary, assuming that the near fields of the first working coil 10 of the transmitter 32 and the second working coil 11 of the receiver 34 are so-called out of touch, it is possible by inserting a metal

- 8 CZ 310061 B6 předmětu, který není na schematickém obr. 7 znázorněn, mezi první pracovní cívku 10 vysílače 32 a druhou pracovní cívku 11 přijímače 34, dosáhnout zvýšení prostupnosti energetických polí. tedy zvýšení kvality přenosu. K tomuto jevu dojde, protože vložení neželezného kovového předmětu mezi první pracovní cívku 10 vysílače 32 a druhou pracovní cívku 11 přijímače 34, ovlivní vzájemnou impedanci obvodu, posune napětí zpět k proudu a přenos se tak obecně zlepší.- 8 CZ 310061 B6 object, which is not shown in schematic figure 7, between the first working coil 10 of the transmitter 32 and the second working coil 11 of the receiver 34, to achieve an increase in the permeability of energy fields. thus increasing the transmission quality. This phenomenon occurs because the insertion of a non-ferrous metal object between the first operating coil 10 of the transmitter 32 and the second operating coil 11 of the receiver 34 will affect the mutual impedance of the circuit, shifting the voltage back to the current and thus generally improving transmission.

Zvýšení prostupnosti energetických polí, tedy zvýšení kvality přenosu, lze dále dosáhnout vhodnou úpravou antén nebo výměnou druhého kondenzátoru 12 přijímače 34 na modulu přijímače 34 tak, aby byl jiné skladby, přičemž příkladem může být kondenzátorové pole o skladbě 6x2 kondenzátory, tedy šest paralelních dvojic kondenzátorů, kdy každý z nich má hodnotu 200nF, čímž dosáhneme celkové kapacity l00nF s vysokou impedancí a možností vysoké impulzní zátěže. Změnou druhého kondenzátoru 12 přijímače 34 dojde ke změně impedance obvodu, dojde ke zlepšení kvality přenosu a zvýšení koeficientu Q blíže k 1, přičemž hodnotu Q=1, lze považovat za bezztrátový přenos. Druhou pracovní cívku 11 přijímače 34 a druhý kondenzátor 12 přijímače 34 tedy modul přijímače 34 je možné konstruovat symetricky, případně upravit podle výše zmíněných možností.An increase in the permeability of energy fields, i.e. an increase in the quality of transmission, can be further achieved by suitable modification of the antennas or by replacing the second capacitor 12 of the receiver 34 on the receiver module 34 so that it has a different composition, whereby an example can be a capacitor field with a composition of 6x2 capacitors, i.e. six parallel pairs of capacitors , where each of them has a value of 200nF, thus achieving a total capacity of l00nF with high impedance and the possibility of high impulse load. By changing the second capacitor 12 of the receiver 34, the impedance of the circuit will change, the transmission quality will improve and the coefficient Q will increase closer to 1, while the value Q=1 can be considered lossless transmission. The second working coil 11 of the receiver 34 and the second capacitor 12 of the receiver 34, i.e. the module of the receiver 34, can be constructed symmetrically, or adjusted according to the options mentioned above.

Z důvodu usměrnění střídavého napětí na stejnosměrné, je v obvodu zapojen plný usměrňovací diodový můstek, složený z usměrňovačích diod, první dioda 13, druhá dioda 14, třetí dioda 15 a čtvrtá dioda 16. Dále je v obvodu zapojena filtrační kapacita 21, která vyhladí napětí pro spotřebič 17, ze kterého čidlo 18 modulu zpětné vazby, odečítající proud a napětí na spotřebiči, dodává data generátoru 2 budících signálů, a to pomocí technologie Bluetooth, případně pomocí jiného druhu radiokomunikace a řídicí procesor 19 se zpětnou vazbou upraví parametry obvodu v reálném čase pro optimální chod zařízení.In order to rectify the alternating voltage to direct current, a full rectifier diode bridge is connected in the circuit, consisting of rectifier diodes, the first diode 13, the second diode 14, the third diode 15 and the fourth diode 16. Furthermore, the filter capacitor 21 is connected in the circuit, which smoothes the voltage for the consumer 17, from which the sensor 18 of the feedback module, reading the current and voltage on the consumer, supplies data to the generator 2 of the excitation signals, using Bluetooth technology, possibly using another type of radio communication, and the control processor 19 adjusts the circuit parameters in real time with feedback for optimal device operation.

Příklad 2Example 2

Druhé příkladné provedení vynálezu je znázorněno schematicky na připojeném obr. 8. Výkonovým zdrojem 46 přivedeme napětí do obvodu. Šířkou pulzu modulovaným zdrojem 1 přivedeme kladné napětí na řídicí procesor 19 se zpětnou vazbou, generátor 2 budících signálů, ochranný optočlen 30, první tlumivku 7 a druhou tlumivku 8. Záporný pól šířkou pulzu modulovaného zdroje 1 připojíme na zem. Po připojení napětí, z šířkou pulzu modulovaného zdroje 1, řídicí procesor 19 se zpětnou vazbou, po vlastní inicializaci, vybudí generátor 2 budících signálů, který začne přes ochranný optočlen 30 a předřadný odpor 3 střídavě otevírat a zavírat první tranzistor 5 i druhý tranzistor 6. V obvodu jsou připojeny dvě Zenerovy diody 4, jedna je připojena mezi hradla prvního tranzistoru 5 a zem, druhá je připojena mezi hradla druhého tranzistoru 6 a zem, přičemž obě Zenerovy diody 4 chrání hradla prvního tranzistoru 5 i druhého tranzistoru 6 proti přepěťovým špičkám a dopomáhají k jejich uzavření.The second exemplary embodiment of the invention is shown schematically in the attached Fig. 8. The power source 46 supplies voltage to the circuit. Using the pulse width modulated source 1, we apply a positive voltage to the control processor 19 with feedback, the generator 2 of excitation signals, the protective optocoupler 30, the first choke 7 and the second choke 8. We connect the negative pole of the pulse width modulated source 1 to ground. After connecting the voltage, from the pulse-width modulated source 1, the control processor 19 with feedback, after its own initialization, excites the generator 2 of excitation signals, which begins to alternately open and close the first transistor 5 and the second transistor 6 through the protective optocoupler 30 and the primary resistor 3. Two Zener diodes 4 are connected in the circuit, one is connected between the gates of the first transistor 5 and the ground, the other is connected between the gates of the second transistor 6 and the ground, while both Zener diodes 4 protect the gates of the first transistor 5 and the second transistor 6 against overvoltage peaks and help to their closure.

V první fázi cyklu proudí signál z generátoru 2 budících signálů, přes polovinu ochranného optočlenu 30 a předřadný odpor 3, k hradlu prvního tranzistoru 5, který se tím otevře a dovolí vybití proudu druhé tlumivce 8, která je nabitá šířkou pulzu modulovaným zdrojem 1, přičemž proud se z druhé tlumivky 8 vybije do prvního kondenzátoru 9 vysílače 32 a do první pracovní cívky 10 vysílače 32, dále prvním tranzistorem 5 až na zem, kde první fáze cyklu končí a první tranzistor 5 se zavře.In the first phase of the cycle, the signal from the generator 2 of the excitation signals flows, through half of the protective optocoupler 30 and the pilot resistor 3, to the gate of the first transistor 5, which thereby opens and allows the discharge of the current of the second choke 8, which is charged by the pulse width modulated source 1, while the current is discharged from the second choke 8 to the first capacitor 9 of the transmitter 32 and to the first working coil 10 of the transmitter 32, then through the first transistor 5 to ground, where the first phase of the cycle ends and the first transistor 5 closes.

V druhé fázi cyklu proudí signál z generátoru 2 budících signálů, přes ochranný optočlen 30 a předřadný odpor 3, čímž signál otevře druhý tranzistor 6, který tak přes první kondenzátor 9 vysílače 32 a první pracovní cívku 10 vysílače 32, dovolí vybití první tlumivky 7 proti zemi, která byla nabitá šířkou pulzu modulovaným zdrojem 1. Ve stejný moment dojde k nasycení druhé tlumivky 8, a to přes druhý tranzistor 6, který se poté uzavře a tím dokončí cyklus buzení, tedy plného nabití prvního kondenzátoru 9 vysílače 32 a první pracovní cívky 10 vysílače 32. Tímto jsou první kondenzátor 9 vysílače 32 a první pracovní cívka 10 vysílače 32 uvedeny do stavu rezonance a spolu jako vysílač 32 uvolní energii v podobě longitudinální emise. Energie je dále zachycena rezonanční dvojicí, druhou pracovní cívkou 11 přijímače 34 a druhýmIn the second phase of the cycle, the signal flows from the generator 2 of the excitation signals, through the protective optocoupler 30 and the primary resistor 3, whereby the signal opens the second transistor 6, which, through the first capacitor 9 of the transmitter 32 and the first working coil 10 of the transmitter 32, allows the discharge of the first choke 7 against ground, which was charged by the pulse width modulated source 1. At the same moment, the second choke 8 is saturated, through the second transistor 6, which then closes and thus completes the excitation cycle, i.e. the full charge of the first capacitor 9 of the transmitter 32 and the first working coil 10 of the transmitter 32. Thus, the first capacitor 9 of the transmitter 32 and the first working coil 10 of the transmitter 32 are brought into resonance and together as the transmitter 32 they release energy in the form of longitudinal emission. The energy is further captured by the resonant pair, the second working coil 11 of the receiver 34 and the second

- 9 CZ 310061 B6 kondenzátorem 12 přijímače 34, čili přijímačem 34, kde je zachycená energie převedena usměrňovacím diodovým můstkem, složeným z první diody 13, druhé diody 14, třetí diody 15 a čtvrté diody 16, ze střídavého proudu na stejnosměrný proud, který je dále využit spotřebičem 17. O celém stavu vlastní rezonance dostává řídicí procesor 19 se zpětnou vazbou informace od čidla 18 modulu zpětné vazby a přijímače 34 bezdrátově, a to pomocí radiovln, čímž řídicí procesor 19 se zpětnou vazbou v reálném čase upravuje parametry podle potřeby pro optimální přenos energie z vysílače 32 na přijímač 34. Tento jev se neustále opakuje, dokud je připojen výkonový zdroj 46 nebo nedojde k přerušení přenosu ze strany řídící procesor 19 se zpětnou vazbou, případně uživatele.- 9 CZ 310061 B6 by the capacitor 12 of the receiver 34, i.e. the receiver 34, where the captured energy is converted by the rectifying diode bridge, composed of the first diode 13, the second diode 14, the third diode 15 and the fourth diode 16, from alternating current to direct current, which is further used by the consumer 17. The control processor 19 with feedback receives information about the entire state of self-resonance from the sensor 18 of the feedback module and the receiver 34 wirelessly, using radio waves, whereby the control processor 19 with feedback in real time adjusts the parameters as needed for optimal energy transfer from the transmitter 32 to the receiver 34. This phenomenon is constantly repeated until the power source 46 is connected or the transmission is interrupted by the control processor 19 with feedback, or by the user.

V této variantě zapojení, řídicí procesor 19 se zpětnou vazbou upraví střídu signálu pro první tranzistor 5 i druhý tranzistor 6, zároveň pracovní bod šířkou pulzu modulovaného zdroje 1 a tím i samotnou účinnost přenosu. Frekvence přenosu může být statická i dynamická. Pokud se přijímač 32 a vysílač 34 nacházející dále od sebe, jejich vzájemnou vzdálenost je třeba kompenzovat nastavením pracovního bodu, na šířkou pulzu modulovaném zdroji 1. V případě, že se přijímač 32 a vysílač 34 nachází v těsné blízkosti u sebe, je výhodnější upravit střídu signálu nebo jeho napěťovou úroveň, případně obojí, pro optimum mezi vyzářeným výkonem, ztrátou energie na obvodu a ztrátou energie na přenosu. Obecně lze tímto postupem upravit kvalitativní koeficient Q přenosu blíže k 1, přičemž hodnotu Q=1, lze považovat za bezztrátový přenos. Celý tento proces umožňuje kooperaci mezi řídícím procesorem 19 se zpětnou vazbou, čidlem 18 modulu zpětné vazby a přijímačem 34 a tím úpravu parametrů buzení v reálném čase, na základě algoritmu, tedy softwaru řídícího procesoru 19 se zpětnou vazbou, který parametry upravuje podle aktuální zátěže a informací od čidla 18 modulu zpětné vazby. Čidlo 18 modulu zpětné vazby, které je součástí přijímače 34, posílá informace rádiovým přenosem zpět k vysílači 32, do řídícího procesoru 19 se zpětnou vazbou, který podstatné hodnoty, tedy střída, napěťová reference a šířka pulzu v reálném čase upraví. Selektuje tím také objekty, které nejsou vybaveny na příjem nebo jen nejsou kompatibilní. Tento obvod je velice stabilní a precizní z důvodu použití řídícího procesoru 19 se zpětnou vazbou, což odstraňuje disharmonie na přenosu, snižuje počet a vliv vyšších i nižších harmonických a zajištuje optimální parametry přenosu energie pro většinu zařízení, kde je vyžadována preciznost a stabilita v proměnlivém prostředí.In this connection variant, the control processor 19 with feedback adjusts the signal alternation for the first transistor 5 and the second transistor 6, at the same time the working point by the pulse width of the modulated source 1 and thus the transmission efficiency itself. Transmission frequency can be static or dynamic. If the receiver 32 and the transmitter 34 are located further from each other, their mutual distance must be compensated by setting the working point, on the pulse width modulated by the source 1. In the case that the receiver 32 and the transmitter 34 are located in close proximity to each other, it is more advantageous to adjust the alternation signal or its voltage level, or both, for the optimum between radiated power, circuit power loss, and transmission power loss. In general, with this procedure, the quality coefficient Q of the transmission can be adjusted closer to 1, while the value Q=1 can be considered a lossless transmission. This whole process enables cooperation between the control processor 19 with feedback, the sensor 18 of the feedback module and the receiver 34 and thus the adjustment of the excitation parameters in real time, based on an algorithm, i.e. the software of the control processor 19 with feedback, which adjusts the parameters according to the current load and information from sensor 18 of the feedback module. The sensor 18 of the feedback module, which is part of the receiver 34, sends information by radio transmission back to the transmitter 32, to the control processor 19 with feedback, which adjusts the essential values, i.e. the alternating current, voltage reference and pulse width in real time. It also selects objects that are not equipped for reception or are simply not compatible. This circuit is very stable and precise due to the use of a control processor 19 with feedback, which eliminates transmission disharmonies, reduces the number and influence of higher and lower harmonics and ensures optimal power transfer parameters for most devices where precision and stability are required in a variable environment .

Zařízení je buzeno šířkou pulzu modulovaným zdrojem 1, který zajišťuje optimální výkon obvodu a zároveň upravuje vlastnosti přenosu, Čímž zajišťuje nízkou interakci s neželeznými kovovými předměty, nevytváří vířivé proudy, které by způsobovaly indukční ohřev, nezpůsobuje poškození zařízení přijímače 34 nezpůsobuje značné omezení výkonu ani značné zvýšení odběru v klidovém stavu. Zároveň toto řešení umožňuje, aby energie prostupovala některými neželeznými kovovými předměty, což umožňuje instalaci zařízení do kovových konstrukcí, jako například notebooku s hliníkovým tělem, aniž by docházelo k nechtěnému ohřevu. Jak je patrno z obr. 5, průběh signálu je spíše trojúhelníkového charakteru než obvyklý sinusový průběh.The device is driven by a pulse-width modulated source 1, which ensures optimal circuit performance and at the same time adjusts the transmission characteristics, thereby ensuring low interaction with non-ferrous metal objects, does not create eddy currents that would cause induction heating, does not cause damage to the receiver equipment 34 does not cause significant performance limitation or significant increase in consumption at rest. At the same time, this solution allows energy to pass through some non-ferrous metal objects, which allows the device to be installed in metal structures, such as an aluminum-bodied laptop, without unwanted heating. As can be seen from Fig. 5, the waveform of the signal is more triangular in nature than the usual sinusoidal waveform.

Jako řídicí procesor 19 se zpětnou vazbou slouží jakýkoliv 8 až 16ti bitový procesor se sériovým portem standardu RS-232, případně jeho poslední variantou RS-232C, přičemž sériové porty se používají jako komunikační rozhraní osobních počítačů a další elektroniky. Sériový port standardu RS-232 umožňuje propojení a vzájemnou sériovou komunikaci dvou zařízení, to znamená, že jednotlivé bity přenášených dat jsou vysílány postupně za sebou neboli v sérii, po jednom páru vodičů v každém směru. Jako řídicí procesor 19 se zpětnou vazbou může být použit také jakýkoliv 8 až 16ti bitový procesor s UART komunikačním rozhraním, což je zkratka anglického Universal asynchronous receiver-transmitter, neboli univerzální asynchronní přijímač-vysílač, tedy počítačová součástka sloužící k nesynchronnímu sériovému přenosu, přičemž formát a rychlost tohoto přenosu jsou konfigurovatelné. Procesorem 19 se zpětnou vazbou se bude řídit generátor 2 budících signálů v reálném čase a tím upravovat parametry buzení prvního tranzistoru 5 i druhého tranzistoru 6. Oba tyto tranzistory jsou buzeny přes ochranný optočlen 30 nebo jednočipový budič hradel, například typu IR2113, ale tento není na schématu zobrazen. První tranzistor 5 a druhý tranzistor 6 jsou typu IRFP250N, přičemž definice je uvedena výše v příkladu 1.Any 8 to 16-bit processor with a serial port of the RS-232 standard, or its latest variant RS-232C, serves as the control processor 19 with feedback, while serial ports are used as communication interfaces of personal computers and other electronics. The serial port of the RS-232 standard allows the connection and serial communication between two devices, that is, the individual bits of transmitted data are sent sequentially, or in series, one pair of wires in each direction. Any 8 to 16-bit processor with a UART communication interface can also be used as a control processor 19 with feedback, which is an abbreviation of the English Universal asynchronous receiver-transmitter, i.e. a computer component used for asynchronous serial transmission, while the format and the speed of this transfer are configurable. The feedback processor 19 will control the generator 2 of the excitation signals in real time and thereby adjust the excitation parameters of the first transistor 5 and the second transistor 6. Both of these transistors are driven via a protective optocoupler 30 or a single-chip gate driver, for example, of the IR2113 type, but this is not on diagram shown. The first transistor 5 and the second transistor 6 are of the IRFP250N type, the definition of which is given in Example 1 above.

- 10 CZ 310061 B6- 10 CZ 310061 B6

Předřadné odpory 3 jsou běžné odpory řady E24 1W 10 až 20 Ohm, definice je uvedena v příkladu 1. Zenerovy diody 4 jsou odvozeny z datových listů jednotlivých součástek, od maximální hodnoty Ugmax, což je maximální napětí hradla tranzistoru, v případě našeho zapojení od prvního tranzistoru 5 a druhého tranzistoru 6, maximální hodnota Ugmax bývá obecně 3 až 25V.The series resistors 3 are common resistors of the E24 1W 10 to 20 Ohm series, the definition is given in example 1. The zener diodes 4 are derived from the data sheets of the individual components, from the maximum value of Ugmax, which is the maximum gate voltage of the transistor, in the case of our connection from the first transistor 5 and the second transistor 6, the maximum value Ugmax is generally 3 to 25V.

První tlumivka 7 i druhá tlumivka 8 jsou navíjené na speciálních železoprachových jádrech typu AMIDON, definice uvedeného typu jádra je popsána v rámci příkladu 1, přičemž obě uvedené tlumivky jsou dimenzované na výkon obvodu a zároveň fungují jako omezení proudu a tím i ochrana celého obvodu. V našem zapojení má první tlumivka 7 i druhá tlumivka 8 hodnotu 120uH na 5A.The first choke 7 and the second choke 8 are wound on special iron powder cores of the AMIDON type, the definition of said core type is described in example 1, while both mentioned chokes are sized for the power of the circuit and at the same time function as current limitation and thus protection of the entire circuit. In our connection, the first choke 7 and the second choke 8 have a value of 120uH at 5A.

První kondenzátor 9 vysílače 32 představuje kondenzátorovou baterii, která je složena z devíti polypropylénových impulzních kondenzátorů zapojených 3x3 sério-paralelně, každý o hodnotě 100nF na 1600V. Tato skladba umožňuje vysoké proudové zatížení a teplotní stabilitu.The first capacitor 9 of the transmitter 32 represents a capacitor bank, which is composed of nine polypropylene impulse capacitors connected 3x3 in series-parallel, each with a value of 100nF at 1600V. This composition enables high current load and temperature stability.

První pracovní cívka 10 vysílače 32 je konstruovaná jako závit na krátko, měděnou trubičkou nebo litzovým drátem tak, aby odolala proudovému zatížení a byla optimalizovaná potřebám přenosu energie pro danou aplikaci. V našem případě jde o cívku o hodnotě 2uH, vycházející z obvyklého vzorce.The first working coil 10 of the transmitter 32 is constructed as a short turn, copper tube or litz wire to withstand the current load and to be optimized for the power transfer needs of the application. In our case, it is a coil with a value of 2uH, based on the usual formula.

Přijímač 34 by měl být nejlépe zkonstruován symetricky oproti vysílači 32. Pokud to není možné, je třeba pracovat v poměrech 1:1, 1:2, 1:4. 1:8 a tak dále, což ale může v některých případech negativně ovlivnit kvalitu přenosu.The receiver 34 should preferably be constructed symmetrically with respect to the transmitter 32. If this is not possible, it is necessary to work in ratios of 1:1, 1:2, 1:4. 1:8 and so on, which in some cases can negatively affect the quality of the transmission.

Usměrňovací diodový můstek, složený z první diody 13, druhé diody 14, třetí diody 15 a čtvrté diody 16, je možné konstruovat z běžných usměrňovačích diod nebo z shottkyho diod, což je speciální typ vysokorychlostní diody určené pro použití ve vysokofrekvenčních obvodech, tento typ diody je přesnější a obecně je tato dioda odolnější proti průrazu zpětným proudem, v některých případech mají menší sériový úbytek napětí na p-n přechodu, což je základní konstrukční prvek všech polovodičů a tím i menší ztráty na obvodu a lepší účinnost. Optimálním řešením by bylo použití usměrňovacího diodového můstku, složeného ze čtyř tranzistorů, protože úbytek napětí, by tak klesl až k 0,1 až 0,2V, oproti běžné konstrukci s diodami, které mají úbytek napětí 0,7 až 1,2V.The rectifier diode bridge, composed of the first diode 13, the second diode 14, the third diode 15 and the fourth diode 16, can be constructed from ordinary rectifier diodes or shottky diodes, which is a special type of high-speed diode intended for use in high-frequency circuits, this type of diode is more accurate and in general this diode is more resistant to reverse current breakdown, in some cases they have a smaller series voltage drop at the p-n junction, which is a basic design element of all semiconductors and thus lower circuit losses and better efficiency. The optimal solution would be to use a rectifier diode bridge, composed of four transistors, because the voltage drop would thus drop to 0.1 to 0.2V, compared to a conventional design with diodes, which have a voltage drop of 0.7 to 1.2V.

Čidlo 18 modulu zpětné vazby může být jakýkoliv druh wattmetru s možností měřit frekvenci se sériovo-rádiovou komunikací, například prostřednictvím technologie bluetooth.The sensor 18 of the feedback module can be any kind of wattmeter with the possibility of measuring frequency with serial-radio communication, for example via bluetooth technology.

Příklad 3Example 3

Třetí příkladné provedení vynálezu je znázorněno schematicky na připojeném obr. 9. Výkonovým zdrojem 46 přivedeme napětí do obvodu. Šířkou pulzu modulovaným zdrojem 1 přivedeme kladné napětí na třetí tlumivku 22 a generátor 2 budících signálů. Záporné napětí připojíme na zem. Generátor 2 budících signálů začne po inicializaci generovat impulzy, které vybudí první izolační transformátor 23 a proti společné zemi začne první izolační transformátor 23 střídavě otevírat a zavírat hradla prvního tranzistoru 5 a druhého tranzistoru 6.The third exemplary embodiment of the invention is shown schematically in the attached Fig. 9. The power source 46 supplies voltage to the circuit. Using the pulse width modulated source 1, we bring a positive voltage to the third choke 22 and generator 2 of excitation signals. We connect the negative voltage to ground. After initialization, the generator 2 of excitation signals begins to generate pulses that excite the first isolation transformer 23 and, against the common ground, the first isolation transformer 23 begins to alternately open and close the gates of the first transistor 5 and the second transistor 6.

V první fázi se otevře první tranzistor 5, vybuzený generátorem 2 budících signálu, přes první izolační transformátor 23 a energie začne proudit z třetího kondenzátoru 25, přes polovinu vinutí druhého izolačního transformátoru 24 a třetí tlumivku 22, až k zemi. Indukovaná energie na polovině druhého izolačního transformátoru 24 přejde do prvního kondenzátoru 9 vysílače 32 a první pracovní cívky 10 vysílače 32. Mezitím se nabíjí čtvrtý kondenzátor 43 a první tranzistor 5 se zavírá.In the first stage, the first transistor 5, excited by the excitation signal generator 2, opens through the first isolation transformer 23 and energy begins to flow from the third capacitor 25, through half the winding of the second isolation transformer 24 and the third choke 22, to ground. The induced energy on half of the second isolation transformer 24 goes to the first capacitor 9 of the transmitter 32 and the first working coil 10 of the transmitter 32. Meanwhile, the fourth capacitor 43 is charged and the first transistor 5 closes.

- 11 CZ 310061 B6- 11 CZ 310061 B6

V druhé fázi se otevírá druhý tranzistor 6, vybuzený generátorem 2 budících signálů, přes první izolační transformátor 23, čímž se energie uskladněná ve čtvrtém kondenzátoru 43 uvolní a začne proudit přes druhou polovinu druhého izolačního transformátoru 24 a třetí tlumivku 22, zpět proti zemi. Energie naindukovaná na druhém izolačním transformátoru 24 se uskladní v prvním kondenzátoru 9 vysílače 32 a první pracovní cívce 10 vysílače 32. Tímto procesem se začne nabíjet třetí kondenzátor 25 a druhý tranzistor 6 se zavírá, čímž dojde k ukončení jednoho plného cyklu. První kondenzátor 9 vysílače 32, nabitý energií z obou fází, se dostane do rezonance s první pracovní cívkou 10 vysílače 32 a tím se uvolní energie v podobě longitudinální emise.In the second phase, the second transistor 6, excited by the generator 2 of the excitation signals, is opened through the first isolation transformer 23, whereby the energy stored in the fourth capacitor 43 is released and begins to flow through the second half of the second isolation transformer 24 and the third choke 22, back towards earth. The energy induced on the second isolation transformer 24 is stored in the first capacitor 9 of the transmitter 32 and the first work coil 10 of the transmitter 32. This process starts to charge the third capacitor 25 and the second transistor 6 closes, thus completing one full cycle. The first capacitor 9 of the transmitter 32, charged with energy from both phases, comes into resonance with the first working coil 10 of the transmitter 32 and thus energy is released in the form of longitudinal emission.

Tento typ zapojení je vhodnější v místech s nižšími nároky na přesnost či kvalitu přenosu nebo pro průmyslové využití, kde nevadí výskyt menších vířivých proudů, efekt zářivého pole antény, a kde není třeba extra vysokých frekvencí. Jde o relativně jednoduchou konstrukci s prvním tranzistorem 5 a druhým tranzistorem 6, přičemž oba jsou typu 1RFZ44 nebo IRLB3034. Ochranný optočlen 30, předřadné odpory 3 a ochranné Zenerovy diody 4, nejsou v obvodu zapojeny z důvodu buzení prvním izolačním transformátorem 23, který sice do značné míry problémy s buzením hradel eliminuje, ale nelze ho použít všude, protože střída je prakticky pokaždé 50% na 50% nebo 1:1, což nemusí být vždy výhodné. Třetí kondenzátor 25 a čtvrtý kondenzátor 43, použité spolu s třetí tlumivkou 22, slouží jako regulace výkonu a omezení proudu. Třetí kondenzátor 25 i čtvrtý kondenzátor 43 mohou být elektrolytické nebo keramické, záleží na použitém vstupním napětí. V zásadě musí být schopny snést proudové zatížení a pro tyto účely je možné konstruovat kondenzátorové baterie na obě strany obvodu. V našem případě má třetí kondenzátor 25 i čtvrtý kondenzátor 43 hodnotu 3300uF na 100V.This type of connection is more suitable in places with lower demands on accuracy or transmission quality or for industrial use, where the occurrence of smaller eddy currents, the effect of the antenna's radiant field, and where there is no need for extra high frequencies. It is a relatively simple design with a first transistor 5 and a second transistor 6, both of which are of the 1RFZ44 or IRLB3034 type. The protective optocoupler 30, the series resistors 3 and the protective Zener diodes 4 are not connected in the circuit due to the excitation by the first isolation transformer 23, which, although to a large extent, eliminates the problems with the excitation of the gates, but it cannot be used everywhere, because the alternating current is practically always 50% on 50% or 1:1, which may not always be advantageous. The third capacitor 25 and the fourth capacitor 43, used together with the third choke 22, serve as power regulation and current limiting. Both the third capacitor 25 and the fourth capacitor 43 can be electrolytic or ceramic, depending on the input voltage used. In principle, they must be able to withstand the current load, and for these purposes it is possible to construct capacitor banks on both sides of the circuit. In our case, the third capacitor 25 and the fourth capacitor 43 have a value of 3300uF at 100V.

Třetí tlumivka 22 omezuje proud obvodu a chrání tím komponenty před přetížením. V tomto případě má třetí tlumivka 22 hodnotu 150uH.The third choke 22 limits the current of the circuit and thus protects the components from overload. In this case, the third choke 22 has a value of 150uH.

Druhý izolační transformátor 24 je v poměru závitů 5:5:20, čímž získáme čtyřnásobně vyšší napětí, než je budící, což je výhodnější kvůli nižším nárokům na proudové zatížení rezonanční dvojice vysílače 32, tedy prvního kondenzátoru 9 vysílače 32 a první pracovní cívky 10 vysílače 32. Zároveň je však třeba součástky dimenzovat, aby nominální napětí prvního kondenzátoru 9 vysílače 32 počítalo s napěťovými špičkami od druhého izolačního transformátoru 24 a nedošlo tak k proražení dielektrika prvního kondenzátoru 9 vysílače 32, což by mělo za následek zničení obvodu a nefunkčnost přenosu energie.The second isolation transformer 24 is in a turns ratio of 5:5:20, which gives us a voltage four times higher than the excitation one, which is more advantageous due to the lower current load requirements of the resonant pair of the transmitter 32, i.e. the first capacitor 9 of the transmitter 32 and the first working coil 10 of the transmitter 32. At the same time, however, the components must be dimensioned so that the nominal voltage of the first capacitor 9 of the transmitter 32 takes into account the voltage peaks from the second isolation transformer 24, so that the dielectric of the first capacitor 9 of the transmitter 32 does not break through, which would result in the destruction of the circuit and the failure of energy transmission.

V obvodu je použit výkonný impulzní polypropylenový první kondenzátor 9 vysílače 32 o hodnotě 330nF na 2500V, určený do trvalého pulzního zatížení a první pracovní cívka 10 vysílače 32, která je tvořena měděnou trubičkou nebo plným drátem o indukčnosti 0,5 až 2uH, čímž dostaneme rozsah frekvencí od 120 až 195kHz.The circuit uses a powerful pulsed polypropylene first capacitor 9 of the transmitter 32 with a value of 330nF at 2500V, designed for continuous pulse loading and the first working coil 10 of the transmitter 32, which is made of a copper tube or a solid wire with an inductance of 0.5 to 2uH, which gives us the range frequencies from 120 to 195kHz.

Příklad 4Example 4

Čtvrté příkladné provedení vynálezu je znázorněno schematicky na připojeném obr. 10. Výkonovým zdrojem 46 přivedeme napětí do obvodu a dále šířkou pulzu modulovaným zdrojem 1 přivedeme napětí na kladné a záporné svorky obvodu, a to tak, že kladnou svorku připojíme na první tlumivku 7 a druhou tlumivku 8, zápornou svorku připojíme na společný terminál neboli zem. Dále energie protéká přes předřadné odpory 3 na hradla prvního a druhého tranzistoru 5 a 6, přičemž jeden se otevře dřív a spustí se oscilace. Díky nepatrné rozdílnosti součástek při výrobě, není možné definovat, který z uvedených tranzistorů se otevře jako první. V první půlce cyklu se jeden z tranzistorů, tedy buď první tranzistor 5, nebo druhý tranzistor 6 otevře a proud začne protékat od šířkou pulzu modulovaného zdroje 1, přes první tlumivku 7 nebo druhou tlumivku 8, podle toho, který z uvedených tranzistorů se otevře jako první, dále proud protéká do prvního kondenzátoru 9 vysílače 32, který může být konstruován jako kondenzátorová baterie.The fourth exemplary embodiment of the invention is shown schematically in the attached Fig. 10. The power source 46 supplies voltage to the circuit, and then the pulse width modulated source 1 supplies voltage to the positive and negative terminals of the circuit, by connecting the positive terminal to the first choke 7 and the second choke 8, we connect the negative terminal to the common terminal or ground. Next, the energy flows through the series resistors 3 to the gates of the first and second transistors 5 and 6, one of which opens earlier and starts the oscillation. Due to slight differences in the components during production, it is not possible to define which of the listed transistors will open first. In the first half of the cycle, one of the transistors, i.e. either the first transistor 5 or the second transistor 6, opens and the current starts to flow from the pulse-width modulated source 1, through the first choke 7 or the second choke 8, depending on which of the mentioned transistors opens as first, then the current flows into the first capacitor 9 of the transmitter 32, which can be constructed as a capacitor bank.

Zároveň proud protéká přes druhou část symetrického obvodu na zem, přes předřadný odpor 3 a pátou diodu 26 nebo šestou diodu 27, přičemž v případě tohoto zapojení byly použity SchottkyhoAt the same time, the current flows through the second part of the symmetrical circuit to the ground, through the primary resistor 3 and the fifth diode 26 or the sixth diode 27, while in the case of this connection Schottky

- 12 CZ 310061 B6 diody, jejichž definice je uvedena výše, v rámci příkladu 2. Pátá dioda 26 i šestá dioda 27 jsou připojeny k hradlu prvního tranzistoru 5 nebo hradlu druhého tranzistoru 6, čímž jsou tyto tranzistory udržovány zavřené. Zároveň obvod jistíme proti vnitřní kapacitě tranzistorů a nedovírání hradel prvního tranzistoru 5 a druhého tranzistoru 6, a to pomocí prvního ochranného odporu 28 nebo druhého ochranného odporu 29. Zenerovy diody 4 dále omezují nominální napětí na hradlech prvního i druhého tranzistoru 5 a 6 a chrání je proti přepětí. V druhé půlce cyklu se vše opakuje, avšak symetricky a opačně. V obvodu dojde po ukončení obou cyklů k nabití prvního kondenzátoru 9 vysílače 32 a ten začne rezonovat s první pracovní cívkou 10 vysílače 32. Tím dojde k uvolnění energie v podobě longitudinální emise.- 12 CZ 310061 B6 diodes, the definition of which is given above, within example 2. Both the fifth diode 26 and the sixth diode 27 are connected to the gate of the first transistor 5 or the gate of the second transistor 6, thereby keeping these transistors closed. At the same time, we protect the circuit against the internal capacitance of the transistors and the non-closing of the gates of the first transistor 5 and the second transistor 6, using the first protective resistor 28 or the second protective resistor 29. Zener diodes 4 further limit the nominal voltage on the gates of the first and second transistors 5 and 6 and protect them against overvoltage. In the second half of the cycle, everything is repeated, but symmetrically and in reverse. In the circuit, after the end of both cycles, the first capacitor 9 of the transmitter 32 will be charged and it will begin to resonate with the first working coil 10 of the transmitter 32. This will release energy in the form of longitudinal emission.

Použitý obvod je typ kolektorového rezonančního oscilátoru, který je výhodný pro jednoduchost, vlastní oscilaci a minimum potřebných součástek. První i druhá tlumivka 7 a 8 jsou v obvodu zapojeny pro udržení vysokofrekvenčních kmitů a mimo napájení obvodu, také pro omezení proudu na přijatelnou úroveň. Hodnota indukčnosti by měla být poměrně velká, například v rozsahu asi 2 až 10 mH. Pokud není použita žádná tlumivka, nebo má příliš malou indukčnost, obvod by mohl selhat při kmitání a obvod přestane pracovat. V obvodu jsou dále zapojeny předřadné odpory 3, což jsou běžné odpory řady E24 1W 20 až 470 Ohm. Hodnota těchto odporů bude určovat, jak rychle budou první tranzistor 5 a druhý tranzistor 6 oscilovat a měla by mít rozumně nízkou hodnotu. Neměly by však být příliš malé, což znamená, že odpor by neměl klesnout pod hodnotu, která by blokovala oscilaci obvodu, protože se proud bude přes předřadný odpor 3 zkratovat na zem přes pátou diodu 26 nebo šestou diodu 27, ve chvíli, kdy bude otevřený tranzistor z druhé půlky obvodu. Pátá dioda 26 a šestá dioda 27 slouží k vybíjení hradel prvního a druhého tranzistoru 5 a 6 a tím umožňují oscilaci vždy jednoho tranzistoru z dvojice. Mělo by se jednat o diody s nízkým úbytkem napětí, takže hradla prvního i druhého tranzistoru 5 a 6 budou dobře vybitá a tranzistor se zcela zavře. Jmenovité napětí páté diody 26 a šesté diody 27 musí být dostatečné, aby odolalo nárůstu napětí v rezonančním obvodu, tedy v našem případě do 100V. Proto jsou v obvodu použity právě Schottkyho diody. Do obvodu jsou dále zapojeny Zenerovy diody 4 se závěrným napětím u 16V, proti přepěťovým špičkám a pro ochranu hradel prvního i druhého tranzistoru 5 a 6. Zároveň je do obvodu zapojen první ochranný odpor 28 a druhý ochranný odpor 29 o hodnotě IKOhm, pro odstranění vlivu vlastní kapacity hradla tranzistoru, nechtěným kmitům či deformace vstupního nebo výstupního signálu a zároveň slouží jako odporové děliče pro hradla prvního i druhého tranzistoru 5 a 6. První i druhý tranzistor 5 a 6 mají nominální napětí 100V 35A a jsou typu MOSFET, jehož definice je uvedena výše v přechozích příkladech. Oba uvedené tranzistory jsou připevněny na chladiče, i když tento obvod se vyznačuje spínáním v nule, takže prakticky nehřejí. Nejvhodnější tranzistory mají velmi nízký přechodový odpor mezi přechodovými vazbami gate-drain a drain-source, kvůli ztrátám a rychlé odezvě a možnosti použít vyšší frekvenci.The circuit used is a type of collector resonant oscillator, which is advantageous for simplicity, self-oscillation and a minimum of necessary components. The first and second chokes 7 and 8 are connected in the circuit to keep the high-frequency oscillations out of the circuit, also to limit the current to an acceptable level. The inductance value should be quite large, for example in the range of about 2 to 10 mH. If no choke is used, or if it has too little inductance, the circuit could fail to oscillate and the circuit will stop working. The circuit also includes 3 series resistors, which are common resistors of the E24 1W 20 to 470 Ohm series. The value of these resistors will determine how fast the first transistor 5 and the second transistor 6 will oscillate and should be reasonably low. However, they should not be too small, which means that the resistance should not fall below a value that would block the oscillation of the circuit, because the current will be shorted through the primary resistor 3 to ground through the fifth diode 26 or the sixth diode 27, the moment it is open transistor from the other half of the circuit. The fifth diode 26 and the sixth diode 27 serve to discharge the gates of the first and second transistors 5 and 6 and thus enable the oscillation of one transistor of the pair. These should be diodes with a low voltage drop, so that the gates of the first and second transistors 5 and 6 will be well discharged and the transistor will close completely. The nominal voltage of the fifth diode 26 and the sixth diode 27 must be sufficient to withstand the increase in voltage in the resonant circuit, i.e. up to 100V in our case. That is why Schottky diodes are used in the circuit. Zener diodes 4 with a closing voltage of 16V are also connected to the circuit, against overvoltage peaks and to protect the gates of the first and second transistors 5 and 6. At the same time, the first protective resistor 28 and the second protective resistor 29 with a value of IKOhm are connected to the circuit, to eliminate the influence inherent capacity of the transistor gate, unwanted oscillations or deformation of the input or output signal and at the same time serve as resistance dividers for the gates of the first and second transistors 5 and 6. The first and second transistors 5 and 6 have a nominal voltage of 100V 35A and are of the MOSFET type, the definition of which is given above in the preceding examples. Both mentioned transistors are attached to heatsinks, although this circuit is characterized by zero switching, so they practically do not heat up. The most suitable transistors have a very low junction resistance between the gate-drain and drain-source junctions, due to losses and fast response and the possibility of using a higher frequency.

První kondenzátor 9 vysílače 32 a první pracovní cívka 10 vysílače 32 tvoří rezonanční obvod. Spolu musí odolat velkým impulzním proudům a teplotám. Pro uvedené zapojení bylo použito několik 330nF polypropylenových kondenzátorů, ze kterých byla vytvořena kondenzátorová baterie. První pracovní cívka 10 vysílače 32 musí být vyrobena z tlustého drátu nebo trubky, protože se v ní budou indukovat velké vysokofrekvenční proudy. Vhodné jsou měděné trubky či dráty, protože vysokofrekvenční energie proudí na povrchu cívky. Pro výkony nad 1 až 3KW můžeme také použít chlazení vodou, kterou čerpáme anténou, což může být měděná trubička pro lepší teplotně-frekvenční stabilitu. K první pracovní cívce 10 vysílače 32 musí být paralelně připojen první kondenzátor 9 vysílače 32, aby byl vytvořen rezonanční obvod. Kombinace indukčnosti a kapacitance bude mít specifickou rezonanční frekvenci, na kterou se řídicí obvod automaticky naladí. Kombinace první pracovní cívky 10 vysílače 32 a prvního kondenzátoru 9 vysílače 32, použitá v uvedeném obvodu, rezonovala na hodnotě kolem 200kHz. Tímto vytvoříme emisi longitudinální vlny, která pracuje jako nosná pro energii, ale zároveň jako provázání do rezonance s přijímačem 34 a vybuzením energie na jeho pracovní cívce, aniž by došlo k samotnému přenosu energie.The first capacitor 9 of the transmitter 32 and the first working coil 10 of the transmitter 32 form a resonant circuit. Together, they must withstand high impulse currents and temperatures. Several 330nF polypropylene capacitors were used for the mentioned connection, from which a capacitor bank was created. The first working coil 10 of the transmitter 32 must be made of a thick wire or tube because large high frequency currents will be induced in it. Copper pipes or wires are suitable because the high-frequency energy flows on the surface of the coil. For powers above 1 to 3KW, we can also use water cooling that we pump through the antenna, which can be a copper tube for better temperature-frequency stability. The first capacitor 9 of the transmitter 32 must be connected in parallel to the first working coil 10 of the transmitter 32 in order to create a resonant circuit. The combination of inductance and capacitance will have a specific resonant frequency to which the control circuit will automatically tune. The combination of the first working coil 10 of the transmitter 32 and the first capacitor 9 of the transmitter 32 used in the above circuit resonated at around 200kHz. In this way we create the emission of a longitudinal wave, which works as a carrier for energy, but at the same time as an interweaving in resonance with the receiver 34 and the excitation of energy on its working coil, without the transfer of energy itself.

- 13 CZ 310061 B6- 13 CZ 310061 B6

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Zařízení podle vynálezu je možno využívat pro účely bezdrátového nabíjení a napájení prakticky bez jakéhokoliv omezení. Zařízení lze použít pro nabíjení či napájení zařízení jako jsou 5 notebooky, mobilní telefony, powerbanky, ruční elektrické nářadí, elektrická vozidla, případně nabíjení a napájení věcí uvnitř vozidla a podobně.The device according to the invention can be used for the purposes of wireless charging and power supply practically without any restrictions. The device can be used for charging or powering devices such as 5 laptops, mobile phones, power banks, hand power tools, electric vehicles, or charging and powering things inside the vehicle and the like.

Využití tohoto systému lze dále spatřovat na poli špičkové medicíny, kde systém najde využití především v rámci komunikace bez nutnosti konektorů a kabelů obecně, protože zásadní 10 výhodou tohoto řešení je možnost lokálně distribuovat energii v určitém poli či místnosti a napájet konkrétní spotřebiče, bez nutnosti jejich dobíjení.The use of this system can also be seen in the field of high-end medicine, where the system finds use mainly in the framework of communication without the need for connectors and cables in general, because the fundamental advantage of this solution is the ability to locally distribute energy in a certain field or room and power specific appliances, without the need for them charging.

Claims

PATENT CLAIMS

1. A device especially for wireless power supply and charging, which consists of a source, a power part of the device, a transmitter and a receiver, characterized in that a pulse-width modulated source (1) and a generator are connected in parallel between the power source (46) and the power part of the device (2) excitation signals which together excite the power part of the device, wherein the first and second working coils (10,11) are connected in parallel with the first and second capacitors (9,12).

2. Device especially for wireless power supply and charging according to claim 1, characterized in that the power part consists of at least one pair of the first transistor (5) or the second transistor (6) and the first choke (7) or the second choke (8).

3. Device especially for wireless power supply and charging according to claim 1, characterized in that the generator (2) of excitation signals operates with alternating current in the range from 50 to 53%.

4. Device especially for wireless power supply and charging according to claim 1, characterized in that the pulse width modulated source (1) is connected to a third choke (22) and to a voltage regulator (45), which is connected to a generator (2) of excitation signals , which is connected to the first transistor (5) via the series resistor (3), which is connected to the first capacitor (9) and the first working coil (10) of the transmitter (32).

5. Device in particular for wireless power supply and charging according to claim 4, characterized in that the first capacitor (9) is designed as a capacitor bank composed of nine pulsed capacitors connected in series in parallel.

6. Device especially for wireless power supply and charging according to claim 1, characterized in that the second working coil (11) of the receiver (34) is connected to the second capacitor (12), which is connected to a rectifier bridge formed by four diodes (13, 14,15,16) or four transistors, which is further connected via the filter capacity (21) to the consumer (17).

7. Device especially for wireless power supply and charging according to claims 1 and 5, characterized in that the consumer (17) is assigned a sensor (18) of the feedback module, which is wirelessly connected to the processor (19).

8. Device in particular for wireless power supply and charging according to claim 1, characterized in that the control processor (19) is upstream of the excitation signal generator (2) and the protective optocoupler (30) is included behind the excitation signal generator (2) and via the upstream the resistor (3) is further connected to it via the primary resistor (3) and transistors (5, 6), the first choke (7) and the second choke (8), while between the primary resistor (3) and the transistors (5, 6) Zener diode (4).

9. Device especially for wireless power supply and charging according to claims 1 and 2, characterized in that the first isolation transformer (23) is connected before the power part and the second isolation transformer (24) is connected behind the power part, while between the transistors (5, 6) the third capacitor (25) and the fourth capacitor (43) are connected.

10. Device especially for wireless power supply and charging according to claim 1, characterized in that the first and second chokes (7, 8) are connected to the pulse width modulated source (1), which are further connected to the first capacitor (9), which is further connected via a series resistor (3) to the fifth diode (26) or to the sixth diode (27), which are connected to the first transistor (5) or the second transistor (6), while between the fifth diode (26) and the sixth diode ( 27) the Zener diodes (4) and the first protective resistor (28) and the second protective resistor (29) are connected.

11. Device especially for wireless power supply and charging according to claim 1, characterized in that a metal object is inserted between the receiver (34) and the transmitter (32).

- 15 CZ 310061 B6

12. Device especially for wireless power supply and charging according to claim 1, characterized in that both the transmitter (32) and the receiver (34) consist of structurally identical parallel LC members.

13. Device especially for wireless power supply and charging according to claim 1, characterized in that at least one of the parallel LC members is equipped with a ferrite element, in particular a ferrite paper 5 or a ferrite core.