DE102014103487A1

DE102014103487A1 - Kippfrequenzmodus für magnetische, resonante Mehrfachenergieübertragung

Info

Publication number: DE102014103487A1
Application number: DE201410103487
Authority: DE
Inventors: Mark Telefus
Original assignee: Flextronics AP LLC
Current assignee: Flextronics AP LLC
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2014-09-18
Also published as: CN104052168A; CN104052168B

Abstract

Eine Energieübertragungskonsole ist zweckmäßig ausgelegt, um für mehrere tragbare Elektronikgeräte eine drahtlose Energieübertragung bereitzustellen, wobei jedes Gerät relativ zu der Konsole orientierungsfrei ist. Die Energieübertragungskonsole ist außerdem so gestaltet, um an eine Leistung anpassungsfähig zu sein, indem der Energieübertragungspegel in Abhängigkeit von der Anzahl gleichzeitig aufzuladender Geräte geändert wird. Jedes Gerät ist innerhalb des Magnetfeldes zum Zweck des Aufladens der Gerätebatterie angeordnet. Die Energieübertragungskonsole enthält einen Wobbelgenerator zur Erzeugung von Energieübertragungen quer durch ein Frequenzspektrum. Die Anzahl von aufzuladenden Geräten wird ebenso wie eine optimale Frequenz zur maximalen Energieübertragung an jedes Gerät bestimmt. Eine einzelne kombinierte, optimale Frequenz wird bestimmt, indem die für jedes einzelne Gerät bestimmten, optimalen Frequenzen genutzt werden. Der Wobbelgenerator wird mit der einzelnen kombinierten, optimalen Frequenz synchronisiert, und ein Energieübertragungspegel wird entsprechend der Anzahl von Geräten eingestellt.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Patentanmeldung beansprucht Priorität nach 35 U.S.C 119 (e) der gleichzeitig anhängigen, am 15. März 2013 eingereichten, Vorläufigen US-Anmeldung, Seriennummer 61/799 124 mit dem Titel „Neue Aufteilung integrierter Stromsparschaltungen mit zweckbestimmter primärseitiger Steuerwicklung”. Diese Anmeldung schließt durch Verweis die Vorläufige US-Anmeldung, Seriennummer 61/799 124, als Ganzes ein.
GEBIET DER ERFINDUNG:
Die vorliegende Erfindung ist im Allgemeinen auf das Gebiet der drahtlosen Energieübertragung gerichtet. Spezieller ist die vorliegende Erfindung auf die Verwendung eines Kippfrequenzmodus für magnetische, resonante Energieübertragung gerichtet.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG:
Tragbare Elektronikgeräte verwenden Batterien, die ein periodisches Wiederaufladen erfordern. Übliche Wiederaufladungsverfahren umfassen sowohl drahtgebundene als auch drahtlose Verfahrensweisen. Bei einem beispielhaften, drahtgebundenen Wiederaufladungsverfahren umfasst ein elektrisches Netzanschlussgerät ein Elektrokabel und einen Energieumformer zum Einstecken in das tragbare Gerät an einem Ende und eine Steckdose wie etwa eine Wandsteckdose an dem anderen Ende.
Bei einem beispielhaften, drahtlosen Wiederaufladungsverfahren ist eine Stromversorgungskonsole für drahtlose Energieübertragung gestaltet. Typisch ist, dass die Stromversorgungskonsole über ein Elektrokabel an eine Wandsteckdose angeschlossen wird. Die Stromversorgungskonsole umfasst einen Energietransmitter zur drahtlosen Energieübertragung an ein tragbares Elektronikgerät mit einem Energieempfänger. Der Energietransmitter weist einen Nachrichtenübertragungsverarbeitungsblock und ein Energieübertragungselement wie eine Spulendrahtantenne auf. Das Energieübertragungselement erzeugt ein Magnetfeld, durch welches drahtlos Energie übertragen wird. Die Ausrichtung des Magnetfeldes ist eine Funktion der Übertragungsfrequenz und der physikalischen Ausrichtung des Energieübertragungselements. Herkömmliche Stromversorgungskonsolen übertragen mit einer konstanten Frequenz; und da die physikalische Ausrichtung des Energieübertragungselements ebenfalls festgelegt ist, weist das von dem Energieübertragungselement der Stromversorgungskonsole erzeugte Magnetfeld eine spezifische festgelegte Ausrichtung auf. Das tragbare Elektronikgerät wie beispielsweise ein Mobiltelefon umfasst einen Nachrichtenübertragungsverarbeitungsblock und ein Energieaufnahmeelement wie etwas eine Spulendrahtantenne. Um Energie von der Stromversorgungskonsole zu empfangen, muss das tragbare Elektronikgerät innerhalb eines Bereiches des vom Energieübertragungselement der Stromversorgungskonsole erzeugten Magnetfeldes positioniert werden. Zur optimierten Energieübertragung muss das tragbare Elektronikgerät außerdem genau relativ zu dem Energieübertragungselement ausgerichtet sein. Wegen der spezifischen Ausrichtung des von dem Energieübertragungselement erzeugten Magnetfeldes muss das Energieempfangselement des tragbaren Elektronikgerätes mit dem Magnetfeld genau ausgerichtet sein, andernfalls wird die drahtlose Energieübertragung nicht optimiert oder kann nicht abgeschlossen werden. Dies erfordert eine peinlich genaue Anordnung des tragbaren Elektronikgerätes an der Stromversorgungskonsole oder in deren Nähe, was für den Endbenutzer zeitaufwändig und entmutigend sein kann.
In einigen Anwendungen ist die Stromversorgungskonsole mit einer Gabel oder einer anderen Art von Gerätefesthalteeinrichtung ausgestattet, die so bemessen ist, um das tragbare Elektronikgerät in einer speziellen Ausrichtung aufzunehmen. Die Gabel ist innerhalb der Stromversorgungskonsole ausgerichtet, so dass, wenn das tragbare Elektronikgerät innerhalb der Gabel angeordnet wird, das Energieempfangselement des tragbaren Elektronikgerätes mit dem Energieübertragungselement und daher dem Magnetfeld der Stromversorgungskonsole genau ausgerichtet ist. Das tragbare Elektronikgerät innerhalb der Gabel anordnen zu müssen, macht den Zweck einer drahtlosen Energieübertragungsanwendung zunichte, die zur freien Anordnung des Gerätes ausgelegt ist, ohne eine Festverbindung zu einer Stromquelle zu benötigen. Herkömmliche Stromversorgungskonsolen sind außerdem so gestaltet, dass eine festgelegte Energiemenge übertragen wird. Bei Anwendungen, die jeweils zum Aufladen eines einzelnen tragbaren Elektronikgerätes ausgeführt sind, wird die Stromversorgungskonsole ausgeführt und hergestellt, um eine für das einzelne tragbare Elektronikgerät kompatible, festgelegte Energiemenge, zum Beispiel 5 W, zu übertragen. In anderen Anwendungen soll die Stromversorgungskonsole mehrere Geräte gleichzeitig aufladen. In diesem Fall wird die Stromversorgungskonsole mit einem viel größeren festgelegten Energieübertragungspegel, zum Beispiel 15 W oder 20 W, ausgeführt und hergestellt. Dieser festgelegte Energieübertragungspegel ist zur Übertragung von Höchstleistung an eine maximale Anzahl tragbarer Elektronikgeräte ausreichend. Wenn weniger als die maximale Anzahl von aufzuladenden Geräten aufzuladen sind, ist der Energieübertragungspegel zu hoch. Des Weiteren leidet gleichzeitiges Aufladen mehrerer Geräte an den gleichen ausrichtungsbezogenen Problemen wie das Einzelgerätesystem.
ABRISS DER ERFINDUNG:
Eine Energieübertragungskonsole ist gestaltet, um drahtlose Energieübertragung an mehrere Empfangsgeräte verfügbar zu machen, wobei jedes Empfangsgerät relativ zu der Konsole orientierungsfrei ist. Die Energieübertragungskonsole ist außerdem so gestaltet, dass sie anpassungsfähig an eine Leistung ist, indem der von der Anzahl der gleichzeitig aufzuladenden Empfangsgeräte abhängige Energieübertragungspegel verändert wird. Die Konsole funktioniert wie ein Transmitter und ist magnetisch „aktiv”, was bedeutet, dass die Konsole bei Versorgung ein Magnetfeld erzeugt. Jedes Empfangsgerät, wie etwa ein Mobiltelefon, Tablet oder ein anderes tragbares Elektronikgerät wird zum Zweck der Aufladung der Gerätebatterie innerhalb des Magnetfeldes angeordnet. Im Gegensatz zu üblichen drahtlosen Batterieaufladesystemen gibt es hinsichtlich der Ausrichtung des Empfangsgerätes relativ zu der Konsole keine Einschränkungen. Die Energieübertragungskonsole enthält einen Wobbelgenerator zur Erzeugung von Energieübertragungen quer durch ein Frequenzspektrum. Die Anzahl von aufzuladenden, tragbaren Elektronikgeräten wird ebenso wie eine optimale Frequenz zur maximalen Energieübertragung an jedes tragbare Elektronikgerät bestimmt. In einigen Ausführungsformen wird eine einzelne kombinierte, optimale Frequenz festgelegt, indem die für jedes einzelne tragbare Elektronikgerät bestimmten optimalen Frequenzen verwendet werden. Der Wobbelgenerator wird mit der einzelnen kombinierten, optimalen Frequenz synchronisiert, und es wird ein Energieübertragungspegel entsprechend der Anzahl von tragbaren Elektronikgeräten eingestellt. In anderen Ausführungsformen wird der Wobbelgenerator eingestellt, um zwischen den für jedes tragbare Elektronikgerät festgelegten, optimalen Frequenzen zurück oder nach vorn zu wechseln.
In einer Ausführungsform ist eine Energieübertragungskonsole für drahtlose Energieübertragung offenbart. Die Energieübertragungskonsole enthält eine Spule, einen Energietransmitter und eine Steuereinheit. Der Energietransmitter umfasst einen mit der Spule gekoppelten Wobbelgenerator, um ein mit der Frequenz veränderliches Signal durch die Spule verfügbar zu machen, wodurch ein wechselndes Magnetfeld erzeugt wird. Die Steuereinheit ist mit der Spule und mit dem Wobbelgenerator gekoppelt. Wenn ein oder mehrere aufzuladende, tragbare Elektronikgeräte innerhalb des wechselnden Magnetfeldes positioniert sind, ist die Energieübertragungskonsole zweckmäßig ausgelegt, um eine Anzahl von tragbaren Elektronikgeräten, die innerhalb des wechselnden Magnetfeldes positioniert sind, zu bestimmen und einen Energieübertragungspegel eines Leistungsübertragungssignals nach der bestimmten Anzahl einzustellen. In einigen Ausführungsformen ist die Energieübertragungskonsole ferner so ausgelegt, dass eine Resonanzfrequenz für jedes tragbare Elektronikgerät entsprechend einer maximalen Energieübertragung von der Energieübertragungskonsole an das tragbare Elektronikgerät festgelegt wird und eine Frequenz des Leistungsübertragungssignals bestimmt wird, indem die festgelegte Resonanzfrequenz jedes tragbare Elektronikgerätes genutzt wird.
In einer anderen Ausführungsform ist ein System zur drahtlosen Energieübertragung offenbart. Das System umfasst ein oder mehrere aufzuladende, tragbare Elektronikgeräte und eine Energieübertragungskonsole. Die Energieübertragungskonsole ist gestaltet, um ein wechselndes Magnetfeld zu erzeugen. Wenn ein oder mehrere tragbare Elektronikgeräte innerhalb des wechselnden Magnetfeldes positioniert sind, ist die Energieübertragungskonsole so gestaltet, dass eine Anzahl von innerhalb des wechselnden Magnetfeldes angeordneten, tragbaren Elektronikgeräten bestimmt und ein Energieübertragungspegel eines Leistungsübertragungssignals entsprechend der bestimmten Anzahl eingestellt wird. In einigen Ausführungsformen ist die Energieübertragungskonsole des Weiteren gestaltet, um eine Resonanzfrequenz für jedes tragbare Elektronikgerät entsprechend einer maximalen Energieübertragung von der Energieübertragungskonsole an das tragbare Elektronikgerät festzulegen und eine Frequenz des Leistungsübertragungssignals zu bestimmen, indem die festgelegte Resonanzfrequenz jedes tragbaren Elektronikgerätes verwendet wird.
In einer noch anderen Ausführungsform ist ein anderes System zur drahtlosen Energieübertragung offenbart. Das System enthält eine Energieübertragungskonsole und ein oder mehrere aufzuladende, tragbare Elektronikgeräte. Die Energieübertragungskonsole enthält eine erste Spule, einen Energietransmitter und eine Steuereinheit. Der Energietransmitter weist einen mit der ersten Spule gekoppelten Wobbelgenerator zur Bereitstellung eines mit der Frequenz veränderlichen Signals durch die erste Spule auf, wodurch ein wechselndes Magnetfeld erzeugt wird. Die Steuereinheit ist mit der ersten Spule und mit dem Wobbelgenerator gekoppelt. Jedes tragbare Elektronikgerät enthält eine zweite Spule und einen Energieempfänger. Der Energieempfänger ist mit der zweiten Spule gekoppelt und so gestaltet, um von der Energieübertragungskonsole über die zweite Spule übertragene Energie aufzunehmen. Wenn das eine oder mehrere tragbare Elektronikgeräte innerhalb des von der Energieübertragungskonsole erzeugten, wechselnden Magnetfeldes positioniert sind, ist die Steuereinheit zweckmäßig ausgelegt, um eine Anzahl von innerhalb des wechselnden Magnetfeldes positionierten, tragbaren Elektronikgeräten zu bestimmen und einen Energieübertragungspegel eines Leistungsübertragungssignals entsprechend der bestimmten Anzahl einzustellen. Die Steuereinheit ist ferner ausgelegt, um eine Resonanzfrequenz für jedes tragbare Elektronikgerät entsprechend einer maximalen Energieübertragung von der Energieübertragungskonsole an das tragbare Elektronikgerät festzulegen und eine Frequenz des Leistungsübertragungssignals zu bestimmen, indem die festgelegte Resonanzfrequenz jedes tragbaren Elektronikgerätes verwendet wird.
In einigen Ausführungsformen ist die Frequenz ein Durchschnitt der festgelegten Resonanzfrequenz für jedes tragbare Elektronikgerät. In einigen Ausführungsformen umfassen der Energietransmitter und die Steuereinheit ein Stromquellen-Steuerprogramm, das konfiguriert ist, um den Energieübertragungspegel und die Frequenz des Leistungsübertragungssignals entsprechend der Anzahl tragbarer Elektronikgeräte, die derzeit aufgeladen werden, einzustellen. In einigen Ausführungsformen ist, wenn eines von einem oder mehreren tragbaren Elektronikgeräten innerhalb des durch die Energieübertragungskonsole erzeugten, wechselnden Magnetfeldes positioniert wird, ein Quittungsprotokoll zwischen dem tragbaren Elektronikgerät und der Energieübertragungskonsole vollzogen, wobei die Energieübertragungskonsole so gestaltet ist, um die Anzahl von innerhalb des wechselnden Magnetfeldes positionierten, tragbaren Elektronikgeräten zu bestimmen, indem eine Anzahl von Quittungsprotokollen gezählt wird. In einigen Ausführungsformen ist, wenn eines von einem oder mehreren Elektronikgeräten voll aufgeladen wird, es aus dem wechselnden Magnetfeld entfernt ist oder ein neues tragbares Elektronikgerät innerhalb des wechselnden Magnetfeldes positioniert wird, die Energieübertragungskonsole zweckmäßig ausgelegt, um den Leistungsübertragungspegel erneut zu kalibrieren, indem eine aktualisierte Anzahl aufzuladender, tragbarer Elektronikgeräte bestimmt wird, und um den Leistungsübertragungspegel entsprechend der bestimmten aktualisierten Anzahl einzustellen. In einigen Ausführungsformen ist, wenn eines von einem oder mehreren tragbaren Elektronikgeräten voll aufgeladen wird, es aus dem wechselnden Magnetfeld entfernt ist oder ein neues tragbares Elektronikgerät innerhalb des wechselnden Magnetfeldes positioniert wird, die Energieübertragungskonsole außerdem so gestaltet, um die Frequenz des Leistungsübertragungssignals erneut zu kalibrieren, indem für jedes tragbare Elektronikgerät die Resonanzfrequenz, die der maximalen Energieübertragung von der Energieübertragungskonsole an das tragbare Elektronikgerät entspricht, festgelegt wird, und um die Frequenz des Leistungsübertragungssignals unter Nutzung der festgelegten Resonanzfrequenz jedes tragbaren Elektronikgerätes zu bestimmen.
In einigen Ausführungsformen enthält jedes tragbare Elektronikgerät einen Parallelschwingkreis mit der zweiten Spule, wobei die der maximalen Energieübertragung entsprechende Resonanzfrequenz eine Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises einschließt. In einigen Ausführungsformen enthält der Energieempfänger außerdem einen Energiesparschaltungsblock, der gestaltet ist, um einen Ladungsgrad einer Batterie des tragbaren Elektronikgerätes zu überwachen und eine Statusmeldung des Ladungsgrades zu erzeugen. In einigen Ausführungsformen enthält die Ladungsgrad-Statusmeldung ein Energieübertragungs-Beendigungssignal, wenn die Batterie voll aufgeladen ist. In einigen Ausführungsformen wird die Ladungsgrad-Statusmeldung über die zweite Spule und die erste Spule an den Energietransmitter übertragen. In einigen Ausführungsformen enthält jedes tragbare Elektronikgerät außerdem ein mit dem Energieempfänger gekoppeltes Batterieladegerät. In einigen Ausführungsformen ist das eine oder mehrere tragbare Elektronikgeräte gestaltet, um sich gegenseitig Nachrichtensignale bereitzustellen.
In einigen Ausführungsformen umfasst Festlegen der Resonanzfrequenz das Überwachen eines Ladestroms des tragbaren Elektronikgerätes, während der Wobbelgenerator die Übertragungsfrequenzen quer durch ein Kippfrequenzspektrum absucht; und wenn der Ladestrom einen Schwellenpegel für eine spezifische Frequenz überschreitet, es bestimmt ist, dass die spezifische Frequenz die Resonanzfrequenz ist. In einigen Ausführungsformen umfasst Festlegen der Resonanzfrequenz das Überwachen eines Ladestroms des tragbaren Elektronikgerätes, während der Wobbelgenerator die Übertragungsfrequenzen quer durch ein Kippfrequenzspektrum absucht, und Auswählen einer dem höchsten Ladestrom entsprechenden spezifischen Frequenz als Resonanzfrequenz. In einigen Ausführungsformen umfasst Festlegen der Resonanzfrequenz das Überwachen einer Impedanz auf der Energieübertragungskonsole, während der Wobbelgenerator die Übertragungsfrequenzen quer durch ein Kippfrequenzspektrum absucht; wobei eine Änderung der Impedanz einer Energieübertragung an das tragbare Elektronikgerät entspricht; und wenn die Impedanzänderung einen Schwellenpegel für eine spezifische Frequenz überschreitet, es bestimmt ist, dass die spezifische Frequenz die Resonanzfrequenz ist. In einigen Ausführungsformen umfasst Festlegen der Resonanzfrequenz das Überwachen einer Impedanz auf der Energieübertragungskonsole, während der Wobbelgenerator die Übertragungsfrequenzen quer durch ein Kippfrequenzspektrum absucht; wobei eine Änderung der Impedanz einer Energieübertragung an das tragbare Elektronikgerät entspricht, und Auswählen einer der größten Impedanzänderung entsprechenden, spezifischen Frequenz als Resonanzfrequenz.
In einer noch anderen Ausführungsform ist ein Verfahren der drahtlosen Energieübertragung zwischen einer Energieübertragungskonsole und einem oder mehreren aufzuladenden, tragbaren Elektronikgeräten offenbart. Das Verfahren umfasst das Gestalten der Energieübertragungskonsole mit einer ersten Spule und einem Wobbelgenerator und jedes tragbaren Elektronikgerätes mit einer zweiten Spule. Das Verfahren umfasst außerdem Erzeugen eines wechselnden Magnetfeldes, indem der Wobbelgenerator auf die erste Spule angewandt wird, und Bestimmen einer Anzahl tragbarer Elektronikgeräte, die innerhalb des wechselnden Magnetfeldes positioniert sind. Das Verfahren umfasst auch Einstellen eines Energieübertragungspegels eines Leistungsübertragungssignals entsprechend der bestimmten Anzahl, und Senden des Leistungsübertragungssignals von der Energieübertragungskonsole an das eine oder mehrere tragbare Elektronikgeräte.
In einigen Ausführungsformen ist, wenn eines von einem oder mehreren tragbaren Elektronikgeräten innerhalb des durch die Energieübertragungskonsole erzeugten, wechselnden Magnetfeldes positioniert ist, ein Quittungsprotokoll zwischen dem tragbaren Elektronikgerät und der Energieübertragungskonsole vollzogen, wobei die Energieübertragungskonsole gestaltet ist, um die Anzahl innerhalb des wechselnden Magnetfeldes positionierter, tragbarer Elektronikgeräte zu bestimmen, indem eine Anzahl von Quittungsprotokollen gezählt wird. In einigen Ausführungsformen ist, wenn eines von einem oder mehreren tragbaren Elektronikgeräten voll aufgeladen wird, es aus dem wechselnden Magnetfeld entfernt ist oder ein neues tragbares Elektronikgerät innerhalb des wechselnden Magnetfeldes positioniert wird, die Energieübertragungskonsole zweckmäßig ausgelegt, um den Energieübertragungspegel erneut zu kalibrieren, indem eine aktualisierte Anzahl aufzuladender, tragbarer Elektronikgeräte bestimmt wird, und um den Energieübertragungspegel entsprechend der bestimmten aktualisierten Anzahl einzustellen.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren außerdem Messen einer oder mehrerer Systemcharakteristiken als Reaktion auf das wechselnde Magnetfeld, das Festlegen einer Resonanzfrequenz jedes tragbaren Elektrogerätes entsprechend der gemessenen Systemcharakteristiken, Bestimmen einer Frequenz des Leistungsübertragungssignals unter Verwendung der festgelegten Resonanzfrequenz jedes tragbaren Elektronikgerätes, Synchronisieren einer Energieübertragungsfrequenz der Energieübertragungskonsole mit der bestimmten Frequenz, und das Senden des Leistungsübertragungssignals von der Energieübertragungskonsole an das tragbare Elektronikgerät durch die synchronisierte Energieübertragungsfrequenz.
In einigen Ausführungsformen ist die Frequenz ein Durchschnitt der festgelegten Resonanzfrequenz für jedes tragbare Elektronikgerät. In einigen Ausführungsformen ist, wenn eines von einem oder mehreren tragbaren Elektronikgeräten voll aufgeladen wird, aus dem wechselnden Magnetfeld entfernt ist oder ein neues tragbares Elektronikgerät innerhalb des wechselnden Magnetfeldes positioniert wird, die Energieübertragungskonsole des Weiteren ausgelegt, um die synchronisierte Energieübertragungsfrequenz erneut zu kalibrieren, indem für jedes tragbare Elektronikgerät die der maximalen Energieübertragung von der Energieübertragungskonsole an das tragbare Elektronikgerät entsprechende Resonanzfrequenz festgelegt wird, und um die Frequenz des Leistungsübertragungssignals zu bestimmen, indem die festgelegte Resonanzfrequenz jedes tragbaren Elektronikgerätes verwendet wird. In einigen Ausführungsformen schließt die Systemcharakteristik einen Ladestrom des tragbaren Elektronikgerätes ein, und Festlegen der Resonanzfrequenz schließt das Überwachen des Ladestroms des tragbaren Elektronikgerätes ein, während der Wobbelgenerator die Übertragungsfrequenzen quer durch ein Kippfrequenzspektrum absucht; und wenn der Ladestrom einen Schwellenpegel für eine spezifische Frequenz überschreitet, es bestimmt ist, dass die spezifische Frequenz die Resonanzfrequenz ist. In einigen Ausführungsformen schließt die Systemcharakteristik einen Ladestrom des tragbaren Elektronikgerätes ein, und Festlegen der Resonanzfrequenz umfasst das Überwachen des Ladestroms des tragbaren Elektronikgerätes, während der Wobbelgenerator die Übertragungsfrequenzen quer durch ein Kippfrequenzspektrum absucht, und Auswählen einer dem höchsten Ladestrom entsprechenden, spezifischen Frequenz als Resonanzfrequenz. In einigen Ausführungsformen schließt die Systemcharakteristik eine Impedanz auf der Energieübertragungskonsole ein, und Festlegen der Resonanzfrequenz schließt das Überwachen der Impedanz auf der Energieübertragungskonsole ein, während der Wobbelgenerator die Übertragungsfrequenzen quer durch ein Kippfrequenzspektrum absucht, wobei eine Änderung der Impedanz einer Energieübertragung an das tragbare Elektronikgerät entspricht; und wenn die Impedanzänderung einen Schwellenpegel für eine spezifische Frequenz überschreitet, es bestimmt ist, dass die spezifische Frequenz die Resonanzfrequenz ist. In einigen Ausführungsformen schließt die Systemcharakteristik eine Impedanz auf der Energieübertragungskonsole ein, und Festlegen der Resonanzfrequenz schließt das Überwachen der Impedanz auf der Energieübertragungskonsole ein, während der Wobbelgenerator die Übertragungsfrequenzen quer durch ein Kippfrequenzspektrum absucht; wobei eine Änderung der Impedanz einer Energieüber-tragung an das tragbare Elektronikgerät entspricht, und Auswählen einer der größten Impedanzänderung entsprechenden, spezifischen Frequenz als Resonanzfrequenz.
In einigen Ausführungsformen umfasst jedes tragbare Elektronikgerät einen Parallelschwingkreis mit der zweiten Spule, wobei die festgelegte Resonanzfrequenz einer Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises entspricht. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren auch das Überwachen eines Ladungsgrades der Batterie eines tragbaren Elektronikgerätes und Erzeugen einer Ladungsgrad-Statusmeldung. In einigen Ausführungsformen schließt die Ladungsgrad-Statusmeldung ein Energieübertragungs-Beendigungssignal ein, wenn die Batterie voll aufgeladen ist. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren außerdem das Senden der Ladungsgrad-Statusmeldung vom tragbaren Elektronikgerät an die Energieübertragungskonsole. In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren auch das Bereitstellen von Übertragungssignalen zwischen dem einen oder mehreren tragbaren Elektronikgeräten.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:
Es werden mehrere beispielhafte Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bauelemente mit gleichen Bezugszahlen versehen sind. Die beispielhaften Ausführungsformen sollen die Erfindung veranschaulichen, jedoch nicht einschränken. Die Zeichnungen umfassen die folgenden Figuren:
1 veranschaulicht eine Energieübertragungskonsole nach einer Ausführungsform;
2 veranschaulicht ein Funktionsdiagramm des Energietransmitters 8 von 1 nach einer Ausführungsform;
3 veranschaulicht ein Funktionsdiagramm eines Empfangsgerätes 20 nach einer Ausführungsform;
4 veranschaulicht ein drahtloses Energieübertragungssystem mit einer Energieübertragungskonsole und zwei Empfangsgeräten nach einer Ausführungsform
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN:
Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung sind auf ein Verfahren und ein System zur drahtlosen Energieübertragung gerichtet. Der Fachmann wird erkennen, dass die folgende, ausführliche Beschreibung des Verfahrens und Systems nur erläuternd ist und in keiner Weise einschränkend sein soll. Andere Ausführungsformen des Verfahrens und Systems werden sich dem Fachmann, der Nutzen an dieser Offenlegung hat, ohne weiteres empfehlen.
Es wird jetzt auf Ausführungen des Verfahrens und Systems, wie in den begleitenden Zeichnungen dargestellt, ausführlich Bezug genommen. In den Zeichnungen und der folgenden ausführlichen Beschreibung werden durchweg die gleichen Bezugszeichen verwendet, die gleiche oder ähnliche Teile bezeichnen. Im Interesse der Deutlichkeit sind nicht alle der üblichen Merkmale hier beschriebener Ausführungen dargestellt und beschrieben. Es wird natürlich erkannt, dass bei der Entwicklung einer solchen beliebigen aktuellen Ausführung zahlreiche ausführungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die speziellen Ziele des Entwicklers wie etwa Übereinstimmung mit anwendungs- und geschäftsbezogenen Zwangsbedingungen zu erreichen, und dass diese speziellen Ziele von einer Ausführung zur anderen und von einem Entwickler zum anderen abweichen werden. Außerdem wird erkannt, dass ein solcher Entwicklungsaufwand komplex und zeitaufwändig sein könnte, jedoch für den Fachmann, der Nutzen aus dieser Offenlegung zieht, trotzdem eine Routine wäre, es technisch in die Hand zu nehmen.
1 stellt eine Energieübertragungskonsole nach einer Ausführungsform dar. Die Konsole 2 enthält eine mit einem Energietransmitter 8 gekoppelte Spule 4. Der Energietransmitter 18 ist gestaltet, um mit der Frequenz veränderliche Steuersignale an die Spule 4 zu liefern, wodurch ein wechselndes Magnetfeld erzeugt wird. Die Stärke des Magnetfeldes verringert sich mit dem Abstand von der Spule 4. Das Magnetfeld wird genutzt, um eine drahtlose Energieübertragung an ein Gerät zu, das innerhalb eines wirksamen Bereiches des Magnetfeldes positioniert ist, zu bewirken. Der wirksame Bereich des Magnetfeldes ist der Bereich, wo die Stärke des Magnetfeldes über einem Mindestpegel für wirksame Energieübertragung liegt. In einigen Ausführungsformen entspricht der wirksame Bereich einem Bereich der Konsole. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich der wirksame Bereich über einen Umfang der Konsole hinaus. In den meisten Anwendungen ist der wirksame Bereich auf einen unmittelbar anschließenden Bereich um die Konsole herum beschränkt, um nahe gelegene Elektronikgeräte nicht ungünstig zu beeinflussen. Der Energietransmitter 8 ist außerdem zur Nachrichtenübertragung in zwei Richtungen mit einem externen Gerät gestaltet, wenn er mit der Konsole richtig magnetisch gekoppelt ist. Die Nachrichtenübertragung in zwei Richtungen umfasst eine Sendung der Energieübertragung von der Konsole zum Gerät und eine Verbindung der Übermittlung vom Gerät zur Konsole.
Obwohl 1 die Konsole 4 und ihr entsprechendes Magnetfeld 6 zweidimensional, in der x-y-Ebene zeigt, wird verständlich, dass sich das tatsächliche Magnetfeld dreidimensional einschließlich der z-Richtung senkrecht zur Ebene von 1 erstreckt. Die Dicke der Konsole 2 entspricht der z-Richtung. In den meisten Ausführungen befindet sich die Spule 4 für die Konsole 2 in der Konsole 2, und das Empfangsgerät 20 (3) einschließlich seiner entsprechenden Spule 22 (3) sitzt auf der Oberseite der Konsole 2, wodurch zwischen der Spule 4 und der Spule 22 eine dreidimensionale Ausrichtung gebildet wird.
2 stellt ein Funktionsdiagramm des Energietransmitters 8 von 1 nach einer Ausführungsform dar. Der Energietransmitter 8 umfasst einen Wobbelgenerator 10, einen Sende-/Empfangsschaltkreis 12, eine Steuereinheit 14 und einen Energieumwandlungsschaltkreis 16. In einigen Ausführungsformen ist der Wobbelgenerator ein Weitbereichs-Kippfrequenz-Impulsenergiegenerator, der getaktete Steuersignale bei veränderlichen Frequenzen quer durch ein Frequenzspektrum erzeugt. Der Sende-/Empfangsschaltkreis 12 wendet die getakteten Steuersignale auf die Spule 4 an, wodurch ein wechselndes Magnetfeld erzeugt wird, das sich den veränderlichen Frequenzen der getakteten Steuersignale entsprechend verändert. Der Energieumwandlungsschaltkreis 16 wandelt eine empfangene Eingangsleistung um in einen gewünschten Energieübertragungspegel, der vorzugsweise ein festgelegter Wert, zum Beispiel 5 W, ist. In einigen Ausführungsformen nimmt die Konsole 8 Energie durch Einstecken in eine Netzsteckdose auf. Die Steuereinheit 14 bewirkt eine Steuerung des Energietransmitters 8, so dass eine Resonanzfrequenz festgelegt und zur maximalen Energieübertragung an das Empfangsgerät 20 (3) synchronisiert wird.
3 veranschaulicht das Funktionsdiagramm eines Empfangsgerätes 20 gemäß einer Ausführungsform. In einigen Ausführungsformen ist das Empfangsgerät 20 ein tragbares Elektronikgerät, zum Beispiel ein Mobiltelefon, ein Tablet, ein Laptop oder anderes Elektronikgerät, das periodisch eine Batterieaufladung erfordert. Das Empfangsgerät 20 enthält eine Spule 22, einen Energieempfänger 24 und ein Batterieladegerät 26. In einigen Ausführungsformen ist die Spule 22 das Antennenelement, das bei den meisten tragbaren Elektronikgeräten üblich ist. In anderen Ausführungsformen ist die Spule 22 ein von der Antenne des Empfangsgerätes getrenntes Element. Wenn das Empfangsgerät 20 innerhalb des wirksamen Bereiches des wechselnden Magnetfeldes 6 der Konsole 2 positioniert ist, bilden die Spule 4 und die Spule 22 einen Scheintransformator. Wenn Energie von der Konsole 2 an das Empfangsgerät 20 übertragen wird, nimmt der Energieempfänger 24 die Energieübertragung über die Spule 22 auf und liefert Energie an das Batterieladegerät 26. Das Batterieladegerät 26 kann ein beliebiger Typ eines üblichen Batterieladegerätes sein.
Das Empfangsgerät 20 ist so gestaltet, um einen mit der Konsole 2 magnetisch gekoppelten Parallelschwingkreis herzustellen, wobei der Parallelschwingkreis so gestaltet ist, um Energie in das Batterieladegerät 26 entsprechend einer festgelegten Resonanzfrequenz zu leiten. Der Parallelschwingkreis ist aus der Spule 22 und Bauelementen in dem Energieempfänger 24 gebildet. Wenn das Empfangsgerät 20 innerhalb des wirksamen Bereiches des wechselnden Magnetfeldes 6 der Konsole 2 positioniert ist, bestimmt der Energietransmitter 8, wann eine Frequenz des wechselnden Magnetfeldes 6 einer Resonanz des Parallelschwingkreises des Empfangsgerätes entspricht. Diese Anpassungsfrequenz wird als Resonanzfrequenz bezeichnet. Das in die Spule 4 eingegebene Steuersignal wird auf der Resonanzfrequenz gehalten und die Leistung von der Konsole 2 an das Empfangsgerät 20 übertragen.
Obwohl Bezug auf eine Resonanzfrequenz genommen wird, wird verständlich, dass eine solche Frequenz eine beliebige Frequenz darstellen kann, die einen bestimmten Grad von Resonanz im Konsole-Gerät-System induziert und im Grunde genommen als eine quasiresonante Frequenz betrachtet werden kann. Im Allgemeinen wird eine der maximalen Energieübertragung für die gegebene Ausrichtung des Empfangsgerätes 20 relativ zur Konsole 2 entsprechende Frequenz festgelegt, wobei diese Frequenz als Resonanzfrequenz bezeichnet wird.
In einigen Ausführungsformen wird die Resonanzfrequenz festgelegt, indem eine Energieübertragungsgröße für jede Frequenz bestimmt wird oder Frequenzen in dem durch den Wobbelgenerator genutzten Frequenzspektrum ausgewählt werden. Auf der Seite der Konsole kann dies erreicht werden, indem eine Konsolenimpedanz oder eine gewisse Impedanz auf der Konsole überwacht wird und nach Änderungen in dieser Impedanz gesucht wird. Eine Änderung in der Impedanz bedeutet eine Energieübertragung an das Empfangsgerät. Die Frequenz mit der größten Impedanzänderung wird als die Resonanzfrequenz verwendet. Ähnlich kann ein der Konsole entsprechender S-Parameter (Streuparameter) für jede Frequenz bestimmt werden, und die Änderung des S-Parameters kann zur Bestimmung der Resonanzfrequenz genutzt werden. Der S-Parameter ist bekannt, sich mit der Frequenz zu ändern, und an sich wird jede Frequenz einem frequenzspezifischen S-Parameter der Basislinie zugeordnet, der mit dem überwachten S-Parameter für diese spezifische Frequenz verglichen wird.
Auf der Seite des Empfangsgerätes kann der Energieempfänger 24 einen mit der Batterie des Empfangsgerätes verbundenen Energiesparschaltungsblock enthalten, um sowohl den Ladungsgrad der Batterie als auch den Grad der Stromladung zum Aufladen der Batterie zu überwachen. Der Grad der Stromladung wird mit sich ändernder Frequenz der Energieübertragung variieren. Der Grad der Stromladung wird mit einem Schwellenwert verglichen, und wenn der Grad der Stromladung den Schwellenwert überschreitet, dann wird die dem Grad der Stromladung entsprechende Frequenz, der den Schwellenwert überschreitet, als Resonanzfrequenz betrachtet. Alternativ dazu wird der Grad der Stromladung für jede Frequenz gemessen, oder Frequenzen werden gewählt, wobei die Frequenz mit dem größten entsprechenden Grad der Stromladung als Resonanzfrequenz betrachtet wird. Es wird verständlich, dass alternative Mittel entweder auf der Seite der Konsole, der Seite des Empfangsgerätes oder beiden verwendet werden können, um die dem größten Wert einer Energieübertragung an das Empfangsgerät entsprechende Frequenz zu bestimmen.
In einigen Ausführungsformen ist der Energiesparschaltungsblock in dem Energieempfänger 24 so gestaltet, um ein Verbindungssignal durch die Spule 22 an die magnetisch gekoppelte Spule 4 auf der Konsole 2 zu übertragen. Der Sende-/Empfangsschaltkreis 12 und die Steuereinheit 14 sind so gestaltet, um das Verbindungssignal zu empfangen und zu interpretieren. Das Verbindungssignal enthält Steuerinformationen wie etwa Informationen zur Erkennung der der maximalen Energieübertragung entsprechenden Frequenz. An sich kann das Verbindungssignal zur Bereitstellung von Informationen zur Auswahl der Resonanzfrequenz verwendet werden. In einigen Ausführungsformen ist das Verbindungssignal ein einfaches binäres Signal wie etwa eine Anzeige, dass der Grad der Stromladung den Schwellenwert überschritten hat. In anderen Ausführungsformen enthält das Verbindungssignal mehrere ausführliche Informationen wie den Grad der Stromladung in bestimmten Intervallen, der einzelnen Frequenzen angepasst werden kann. Das Verbindungssignal kann ferner Steuerinformationen, die auf einen Batterieladezustand bezogen sind, enthalten. In einigen Ausführungsformen ist das Verbindungssignal ein einfaches binäres Signal wie etwa eine Anzeige, dass der Batterieladezustand entweder voll oder nicht voll ist. Wenn das Verbindungssignal anzeigt, dass die Batterie des Empfangsgerätes voll ist, wird die Energieübertragung beendet. In anderen Ausführungsformen enthält das Verbindungssignal ausführlichere Informationen einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, der Größe, mit der die Batterie des Empfangsgerätes derzeit, zum Beispiel zu 75% geladen ist. Das Verbindungssignal kann bereitgestellt werden, indem beliebige übliche Mittel zur Übertragung eines Signals über magnetisch gekoppelte Spulen genutzt werden. Ein beispielhaftes Mittel zur Bereitstellung des Verbindungssignals ist in der im Mitbesitz befindlichen, gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung, Serien-Nummer (Anwaltsregister-Nummer FLEX-13301), die hiermit durch Verweis in ihrer Gesamtheit enthalten ist, zu finden.
Durch Verwendung eines Wobbelgenerators und Festlegung der optimalen Frequenz für maximale Energieübertragung funktioniert die Energieübertragungskonsole wie ein universelles Ladegerät. Die Konsole ist nicht auf speziell gestaltete Empfangsgeräte beschränkt. Jedes Empfangsgerät besitzt einen bestimmten Q-Faktor. Der Q-Faktor ist von vielen Bedingungen einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, der Übertragungsfrequenz, der Antennenkonfiguration und der Bestandteile des Parallelschwingkreises abhängig. Als ein universelles Ladegerät sind Größe und Form der Antennenspule, Anzahl und Typ von Resonanzelementen im Parallelschwingkreis oder die Energieübertragungsfrequenz ohne Bedeutung. Die Energieübertragungskonsole ist anpassungsfähig, um die optimale Resonanzfrequenz zur maximalen Energieübertragung ohne Rücksicht auf den Typ des Empfangsgeräts oder eine Anordnung relativ zu der Konsole festzulegen.
In einigen Ausführungsformen ist die Energieübertragungskonsole so gestaltet, dass Energie mit einem festgelegten Energieübertragungspegel übertragen wird. In anderen Ausführungsformen ist die Energieübertragungskonsole so gestaltet, dass sie an Leistung anpassungsfähig ist, indem der Energieübertragungspegel abhängig von der Anzahl gleichzeitig aufzuladender Empfangsgeräte geändert wird. Bei dieser alternativen Ausführungsform bleibt die Konsole eine magnetisch „aktive” Konsole, die veränderliche hochfrequente Leistungsimpulse durch den Zeitablenkungsalgorithmus des Wobbelgenerators verwendet. Das sich ergebende wechselnde Magnetfeld ist verfügbar zur Energieübertragung an mehrfache mit dem wirksamen Bereich des wechselnden Magnetfeldes positionierte Empfangsgeräte. Jedes Empfangsgerät ist wiederum mit einer Spule versehen, die als ein unabhängiges Nachrichten- und Energieübertragungsverbindungselement genutzt werden kann. Der Kommunikationsblock jedes Empfangsgerätes ermöglicht Kommunikationsmittel zum Senden von Nachrichtenübertragungen über die Empfangsgerätspule an die Energieübertragungskonsole.
In einigen Ausführungsformen wird ein Quittungssignal zwischen dem Empfangsgerät und der Konsole weitergegeben, wenn das Empfangsgerät innerhalb des wirksamen Bereiches des wechselnden Magnetfeldes positioniert ist. Die Konsole erkennt die Anzahl von Quittungssignalen und setzt den Energieübertragungspegel entsprechend. In anderen Ausführungsformen kann die Anzahl von Empfangsgeräten an der Konsole bestimmt werden, indem eine Änderung an einem spezifischen Schaltungsparameter oder -parametern wie etwa eine Änderung der Impedanz oder S-Parameter in einer Weise gemessen werden, die der oben beschriebenen für die Einzelgeräteausführung ähnlich ist. Zum Beispiel können Änderungen an solchen gemessenen Parametern entsprechend der Anzahl von Empfangsgeräten multipliziert werden. Im Allgemeinen kann jedes beliebige übliche Mittel zur Bestimmung der Anzahl von Empfangsgeräten genutzt werden. Die Konsole ist als ein Energiesparschaltungsgerät gestaltet, so dass sie, sobald die Anzahl von Empfangsgeräten bestimmt ist, die entsprechend der Anzahl von Empfangsgeräten übertragene Energiemenge einstellen kann.
4 stellt ein drahtloses Energieübertragungssystem mit einer Energieübertragungskonsole 32 und zwei Empfangsgeräten 40 und 50 nach einer Ausführungsform dar. Die Konsole 32 ist gestaltet und funktioniert ähnlich wie die Konsole 2 in 1 mit der zusätzlichen Funktionalität der Energiesparschaltung zur Bereitstellung von anpassungsfähiger Leistung für mehrere Empfangsgeräte. Die Konsole 32 besitzt außerdem die zusätzliche Funktionalität zur Festlegung einer optimalen Leistungsübertragungsfrequenz für jedes von mehreren Empfangsgeräten und zur Ausführung eines optimierten Energieübertragungsschemas für mehrere Geräte. Die Konsole 32 enthält eine Spule 34, die mit einem Energietransmitter 38 gekoppelt ist. Der Energietransmitter 38 ist gestaltet, um mit der Frequenz veränderliche Steuersignale an die Spule 34 zu liefern, wodurch ein wechselndes Magnetfeld erzeugt wird. Die Stärke des Magnetfeldes verringert sich mit dem Abstand von der Spule 34. Der Energietransmitter 38 ist außerdem zur Nachrichtenübertragung mit jedem Empfangsgerät in zwei Richtungen gestaltet, wenn er richtig mit der Konsole magnetisch gekoppelt ist.
Obwohl das System in 4 nur zwei Empfangsgeräte zeigt, wird verständlich, dass die Konzepte auf mehr als zwei Empfangsgeräte erweitert werden können. Das Empfangsgerät 40 enthält eine Spule 42, einen Energieempfänger 44 und ein Batterieladegerät 46. Das Empfangsgerät 50 enthält eine Spule 52, einen Energieempfänger 54 und ein Batterieladegerät 56. In einigen Ausführungsformen sind die Spulen 42 und 52 Antennenelemente, die bei den meisten tragbaren Elektronikgeräten üblich sind. In anderen Ausführungsformen sind die Spulen 42 und 52 von der Antenne des Empfangsgerätes getrennte Elemente. Wenn das Empfangsgerät 40 innerhalb des wirksamen Bereiches des wechselnden Magnetfeldes der Konsole 32 positioniert ist, bilden die Spule 34 und die Spule 32 einen Scheintransformator. Wenn Energie von der Konsole 32 an das Empfangsgerät 40 übertragen wird, nimmt der Energieempfänger 44 die Energieübertragung über die Spule 42 auf und liefert Energie an das Batterieladegerät 46. Das Batterieladegerät 46 kann ein beliebiger Typ eines herkömmlichen Batterieladegerätes sein. Das Empfangsgerät 50 funktioniert in ähnlicher Weise im Verhältnis zu der Konsole 32.
Das Empfangsgerät 40 ist so gestaltet, dass ein mit der Konsole 32 magnetisch gekoppelter Parallelschaltkreis hergestellt wird, wobei der Parallelschaltkreis so konfiguriert ist, um Energie in das Batterieladeladegerät 46 entsprechend einer festgelegten Resonanzfrequenz zu leiten. Der Parallelschaltkreis ist aus der Spule 42 und Bauelementen in dem Energieempfänger 44 gebildet. Das Empfangsgerät 50 ist gestaltet, um einen mit der Konsole 32 magnetisch gekoppelten Parallelschaltkreis herzustellen; und der Parallelschaltkreis ist konfiguriert, um Energie in das Batterieladegerät 56 entsprechend einer festgelegten Resonanzfrequenz zu leiten. Der Parallelschaltkreis ist aus der Spule 52 und Bauelementen in dem Energieempfänger 54 gebildet.
Wenn das Empfangsgerät 40 innerhalb des wirksamen Bereiches des wechselnden Magnetfeldes der Konsole 32 positioniert wird, bestimmt der Energietransmitter 38, wenn eine Frequenz des wechselnden Magnetfeldes der Resonanz des Parallelschaltkreises in dem Empfangsgerät 40 entspricht. Diese Anpassungsfrequenz wird als Resonanzfrequenz für das Empfangsgerät 40 bezeichnet. Ähnlich bestimmt der Energietransmitter 38, wenn das Empfangsgerät 50 innerhalb des wirksamen Bereiches des wechselnden Magnetfeldes der Konsole 32 positioniert ist, wenn eine Frequenz des wechselnden Magnetfeldes der Resonanz des Parallelschaltkreises in dem Empfangsgerät 50 entspricht. Wie oben beschrieben, ist die Resonanzfrequenz jedes Empfangsgerätes eine Funktion der einzelnen Empfangsgerätecharakteristiken und außerdem der Orientierung des Empfangsgerätes relativ zu der Konsole. Selbst wenn die zwei Empfangsgeräte 40 und 50 identisch sind, unterscheidet sich die der Konsole 32 für jedes einzelne Gerät angepasste, entsprechende Resonanzfrequenz, da sie beide nicht den gleichen physikalischen Raum relativ zur Konsole einnehmen. Im Grunde genommen wird es zumindest eine leichte Differenz bei der für das Empfangsgerät 40 festgelegten Resonanzfrequenz der für das Empfangsgerät 50 festgelegten Resonanzfrequenz geben. In der Praxis ist die Festlegung einer getrennten Resonanzfrequenz für jedes Empfangsgerät 40 und 50 auch für Differenzen in den Parallelschaltkreiselementen jedes Gerätes verantwortlich.
Nachdem die Anzahl von gegenwärtig innerhalb des wirksamen Bereichs der Konsole 32 positionierten Empfangsgeräten bestimmt und außerdem die ausrichtungsspezifische Resonanzfrequenz jedes Empfangsgerätes festgelegt wurde, bestimmt der Energietransmitter 38 eine geeignete Wellenform für das Leistungsübertragungssignal. Die Wellenform bestimmt den Energieübertragungspegel, wobei im Fall zweier Empfangsgeräte der Energieübertragungspegel im Vergleich zum Energieübertragungspegel für ein einzelnes Empfangsgerät verdoppelt ist. Zum Beispiel beträgt der Energieübertragungspegel für zwei Empfangsgeräte 10 W. In einigen Ausführungsformen ist die Frequenz des Energieübertragungspegels eine Kombination der zwei festgelegten Resonanzfrequenzen wie etwa ein Durchschnittswert. Es wird verständlich, dass andere Verfahren genutzt werden können, um die Frequenz des Leistungsübertragungssignals durch die Resonanzfrequenzen der Empfangsgeräte festzulegen. Das der Spule 34 zugeführte Steuersignal wird mit der bestimmten Frequenz synchronisiert, wobei Energie von der Konsole 32 an die Empfangsgeräte 40 und 50 im geeigneten Energieübertragungspegel übertragen wird.
In anderen Ausführungsformen wird der Wobbelgenerator nicht mit der einzelnen Frequenz synchronisiert. Stattdessen wird der Wobbelgenerator gesteuert, um zwischen den festgelegten Resonanzfrequenzen für jedes Empfangsgerät zu wechseln. Zum Beispiel wechselt der Wobbelgenerator dann, wenn bestimmt ist, dass das Empfangsgerät 40 eine erste Resonanzfrequenz besitzt, und bestimmt ist, dass das Empfangsgerät 50 eine zweite Resonanzfrequenz besitzt, von der ersten Resonanzfrequenz zu der zweiten Resonanzfrequenz, zurück zu der ersten Resonanzfrequenz, dann zu der zweiten Resonanzfrequenz und so weiter.
Die Energiesparschaltungsblöcke in jedem Empfangsgerät 40 und 50 funktionieren ähnlich wie der Energiesparschaltungsblock in dem Empfangsgerät 20. Sobald ein gegebenes Empfangsgerät voll aufgeladen ist, wird es von einer weiteren Aufladung abgeschaltet. In einigen Ausführungsformen wird beim Abschalten eines Empfangsgerätes der Energietransmitter 38 zum erneuten Kalibrieren konfiguriert, um den Energieübertragungspegel und die Frequenz der Energieübertragung entsprechend den verbleibenden, noch aufzuladenden Empfangsgeräten einzustellen. Zum Beispiel stellt der Energietransmitter, gäbe es drei aufzuladende Empfangsgeräte und der Energieübertragungspegel wäre 15 W, und eines der Empfangsgeräte wird voll aufgeladen und ist abgeschaltet, den Energieübertragungspegel für zwei Empfangsgeräte, wie etwa 10 W, nach unten ein. Die Einstellungen des Energieübertragungspegels können in festgelegten Zuwächsen oder Verminderungen, zum Beispiel 5 W je Empfangsgerät, vorgenommen werden. Alternativ dazu können Einstellungen des Energieübertragungspegels geändert werden in Abhängigkeit von einer beliebigen Anzahl von Faktoren, einschließlich der Anzahl von aufzuladenden Geräten, der Resonanzfrequenzen der Empfangsgeräte und der Größe des Ladestroms für jedes Empfangsgerät, aber nicht darauf beschränkt. Ergänzend dazu kann der Prozess der Festlegung der Resonanzfrequenzen der verbleibenden, aufzuladenden Geräte und der Bestimmung der resultierenden Frequenz des Leistungsübertragungssignals erneut durchgeführt werden. Auf diese Weise ist der Energietransmitter ein Stromquellen-Steuerprogramm zur Einstellung des Energieübertragungspegels und der Frequenz entsprechend der Anzahl von derzeit aufzuladenden Empfangsgeräten.
Der Energietransmitter der Konsole ist als ein Nennlast-Steuergerät ausgelegt. Der Energietransmitter kann die Übertragungsfrequenz des Leistungsübertragungssignals und den Leistungspegel des Leistungsübertragungssignals einstellen. Der Energietransmitter kann ferner den Ladezustand jedes Empfangsgerätes bestimmen. Der Energietransmitter kann auch eine Frequenzunterscheidung vornehmen, um eine spezifische Resonanzfrequenz einem speziellen Empfangsgerät zuzuordnen für Identifizierungszwecke und zur Rationalisierung des Prozesses einer erneuten Kalibrierung, wenn ein Empfangsgerät abgeschaltet ist.
Der Energiesparschaltungsblock jedes Empfangsgerätes 40 und 50 arbeitet ähnlich wie der Energiesparschaltungsblock im Empfangsgerät 20 von 3. Der Energiesparschaltungsblock kann zur Überwachung eines Ladestroms im Empfangsgerät verwendet werden, was bei der Festlegung der Resonanzfrequenz genutzt werden kann. Der Energiesparschaltungsblock kann auch zum Überwachen des Ladungsgrades einer Empfangsgerätebatterie und Senden einer Batterielade-Statusmeldung an die Konsole genutzt werden. Die Konsole kann einen Kommunikationsblock entweder als Teil des Energietransmitters oder als ein getrenntes Bauelement umfassen, das zum Interpretieren von Nachrichtensignalen genutzt wird, die von den Empfangsgeräten gesendet werden, wie etwa die Batterielade-Statusmeldung.
In einigen Ausführungsformen kann jedes Empfangsgerät ferner ein Transmitter für andere Empfangsgeräte sein, wodurch ein verteiltes Kommunikationssystem möglich gemacht wird. Auf diese Weise können zwischen Empfangsgeräten ergänzend zu dem, was zwischen Empfangsgerät und Konsole gesendet wird, Nachrichtensignale gesendet werden, um ein leistungsfähigeres Gesamtenergiesparschaltungssystem erfolgreich zur Verfügung zu stellen.
Die vorliegende Anmeldung wurde unter dem Aspekt spezieller Ausführungsformen beschrieben, die Einzelheiten zur Erleichterung des Verständnisses der Prinzipien von Konstruktion und Arbeitsweise des Verfahrens und Systems einschließen. Viele der in den verschiedenen Figuren gezeigten und beschriebenen Bauelemente können unter-einander ausgetauscht werden, um die nötigen Ergebnisse zu erzielen, wobei diese Beschreibung so gelesen werden soll, dass sie ebenso einen solchen Austausch umfasst. An sich ist es nicht beabsichtigt, dass Verweise auf spezifische Ausführungsformen und deren Einzelheiten an dieser Stelle den Umfang der hier angefügten Ansprüche einschränken sollen. Dem Fachmann erschließt sich, dass an den zur Veranschaulichung gewählten Ausführungsformen Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Anmeldung abzuweichen.

Claims

Energieübertragungskonsole zur drahtlosen Energieübertragung, umfassend: a. eine Spule; b. einen Energietransmitter mit einem Wobbelgenerator, der mit der Spule verbunden ist, um ein mit der Frequenz veränderliches Signal durch die Spule bereitzustellen, wodurch ein wechselndes Magnetfeld erzeugt wird; und c. eine Steuereinheit, die mit der Spule und mit dem Wobbelgenerator verbunden ist, wobei die Energieübertragungskonsole, wenn ein oder mehrere aufzuladende, tragbare Elektronikgeräte innerhalb des wechselnden Magnetfeldes positioniert sind, so gestaltet ist, um eine Anzahl von innerhalb des wechselnden Magnetfeldes positionierten, tragbaren Elektronikgeräten zu bestimmen und einen Energieübertragungspegel eines Leistungsübertragungssignals entsprechend der bestimmten Anzahl einzustellen.
System nach Anspruch 1, wobei die Energieübertragungskonsole des Weiteren gestaltet ist, um für jedes tragbare Elektronikgerät eine Resonanzfrequenz, die einer maximalen Energieübertragung von der Energieübertragungskonsole an das tragbare Elektronikgerät entspricht, festzulegen, und um eine Frequenz des Leistungsübertragungssignals zu bestimmen, indem die festgelegte Resonanzfrequenz jedes tragbaren Elektronikgerätes verwendet wird.
System zur drahtlosen Energieübertragung, umfassend: a. ein oder mehrere aufzuladende, tragbare Elektronikgeräte; und b. eine Energieübertragungskonsole, die gestaltet ist, um ein wechselndes Magnetfeld zu erzeugen, wobei des Weiteren die Energieübertragungskonsole, wenn das eine oder mehrere tragbare Elektronikgeräte innerhalb des wechselnden Magnetfeldes positioniert sind, gestaltet ist, um eine Anzahl von tragbaren Elektronikgeräten zu bestimmen, die innerhalb des wechselnden Magnetfeldes positioniert sind, und um einen Energieübertragungspegel eines Leistungsübertragungssignals entsprechend der bestimmten Anzahl einzustellen.
System nach Anspruch 3, wobei die Energieübertragungskonsole des Weiteren gestaltet ist, um für jedes tragbare Elektronikgerät eine einer maximalen Energieübertragung von der Energieübertragungskonsole an das tragbare Elektronikgerät entsprechende Resonanzfrequenz festzulegen, und um eine Frequenz des Leistungsübertragungssignals unter Nutzung der festgelegten Resonanzfrequenz jedes tragbaren Elektronikgerätes zu bestimmen.
System zur drahtlosen Energieübertragung, umfassend: a. eine Energieübertragungskonsole, umfassend: i. eine erste Spule; ii. einen Energietransmitter mit einem Wobbelgenerator, der mit der ersten Spule verbunden ist, um ein mit der Frequenz veränderliches Signal durch die erste Spule bereitzustellen, wodurch ein wechselndes Magnetfeld erzeugt wird; und iii. eine Steuereinheit, die mit der ersten Spule und mit dem Wobbelgenerator verbunden ist; b. ein oder mehrere aufzuladende, tragbare Elektronikgeräte, wobei jedes tragbare Elektronikgerät umfasst: i. eine zweite Spule; und ii. einen Energieempfänger, der mit der zweiten Spule verbunden und so gestaltet ist, um von der Energieübertragungskonsole über die zweite Spule übertragene Energie aufzunehmen, wobei die Steuereinheit, wenn das eine oder mehrere tragbare Elektronikgeräte innerhalb des durch die Energieübertragungskonsole erzeugten wechselnden Magnetfeldes positioniert sind, so gestaltet ist, um eine Anzahl von innerhalb des wechselnden Magnetfeldes positionierten, tragbaren Elektronikgeräten zu bestimmen, einen Energieübertragungspegel eines Leistungsübertragungssignals entsprechend der bestimmten Anzahl einzustellen, für jedes tragbare Elektronikgerät eine einer maximalen Energieübertragung von der Energieübertragungskonsole an das tragbare Elektronikgerät entsprechende Resonanzfrequenz festzulegen, und eine Frequenz des Leistungsübertragungssignals unter Verwendung der festgelegten Resonanzfrequenz jedes tragbaren Elektronikgerätes zu bestimmen.
System nach Anspruch 5, wobei die Frequenz ein Durchschnitt der festgelegten Resonanzfrequenz für jedes tragbare Elektronikgerät ist.
System nach Anspruch 5, wobei der Energietransmitter und die Steuereinheit ein Stromquellen-Steuerprogramm einschließen, das konfiguriert ist, um den Energieübertragungspegel und die Frequenz des Leistungsübertragungssignals entsprechend der Anzahl von derzeit aufzuladenden, tragbaren Elektronikgeräten einzustellen.
System nach Anspruch 5, wobei zwischen dem tragbaren Elektronikgerät und der Energieübertragungskonsole ein Quittungsprotokoll vollzogen wird, wenn eines von einem oder mehreren tragbaren Elektronikgeräten innerhalb des durch die Energieübertragungskonsole erzeugten, wechselnden Magnetfeldes positioniert wird, wobei des Weiteren die Energieübertragungskonsole gestaltet ist, um die Anzahl von innerhalb des wechselnden Magnetfeldes positionierten, tragbaren Elektronikgeräten zu bestimmen, indem eine Anzahl von Quittungsprotokollen gezählt wird.
System nach Anspruch 5, wobei die Energieübertragungskonsole gestaltet ist, um den Energieübertragungspegel erneut zu kalibrieren, wenn eines von einem oder mehreren tragbaren Elektronikgeräten voll aufgeladen wird, aus dem wechselnden Magnetfeld entfernt wird oder ein neues tragbares Elektronikgerät innerhalb des wechselnden Magnetfeldes positioniert wird, indem eine aktualisierte Anzahl von aufzuladenden, tragbaren Elektronikgeräten bestimmt wird, und um den Energieübertragungspegel entsprechend der bestimmten aktualisierten Anzahl einzustellen.
System nach Anspruch 9, wobei die Energieübertragungskonsole des Weiteren gestaltet ist, um die Frequenz des Leistungsübertragungssignals erneut zu kalibrieren, wenn eines von einem oder mehreren tragbaren Elektronikgeräten voll aufgeladen wird, aus dem wechselnden Magnetfeld entfernt ist oder ein neues tragbares Elektronikgerät innerhalb des wechselnden Magnetfeldes positioniert ist, indem die der maximalen Energieübertragung von der Energieübertragungskonsole an das tragbare Elektronikgerät entsprechende Resonanzfrequenz für jedes tragbare Elektronikgerät festgelegt wird, und um die Frequenz des Leistungsübertragungssignals durch die festgelegte Resonanzfrequenz jedes tragbaren Elektronikgerätes zu bestimmen.
System nach Anspruch 5, wobei jedes tragbare Elektronikgerät einen Parallelschwingkreis enthält, der die zweite Spule einschließt, wobei die der maximalen Energieübertragung entsprechende Resonanzfrequenz eine Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises einschließt.
System nach Anspruch 5, wobei der Energieempfänger des Weiteren einen Energiesparschaltungsblock aufweist, der ausgelegt ist, um den Ladungsgrad einer Batterie des tragbaren Elektronikgeräts zu überwachen, und ausgelegt ist, um eine Ladungsgrad-Statusmeldung zu erzeugen.
System nach Anspruch 12, wobei die Ladungsgrad-Statusmeldung ein Energieübertragungs-Beendigungssignal einschließt, wenn die Batterie voll aufgeladen ist.
System nach Anspruch 12, wobei die Ladungsgrad-Statusmeldung an den Energietransmitter über die zweite Spule und die erste Spule übertragen wird.
System nach Anspruch 5, wobei jedes tragbare Elektronikgerät des Weiteren ein mit dem Energieempfänger verbundenes Batterieladegerät aufweist.
System nach Anspruch 5, wobei Festlegen der Resonanzfrequenz das Überwachen eines Ladestroms des tragbaren Elektronikgerätes umfasst, während der Wobbelgenerator die Übertragungsfrequenzen quer durch ein Kippfrequenzspektrum absucht, und wenn der Ladestrom einen Schwellenpegel für eine spezifische Frequenz überschreitet, es bestimmt ist, dass die spezifische Frequenz die Resonanzfrequenz ist.
System nach Anspruch 5, wobei Festlegen der Resonanzfrequenz das Überwachen eines Ladestroms des tragbaren Elektronikgerätes, während der Wobbelgenerator die Übertragungsfrequenzen quer durch ein Kippfrequenzspektrum absucht, und Auswählen einer dem höchsten Ladestrom entsprechenden, spezifischen Frequenz als die Resonanzfrequenz umfasst.
System nach Anspruch 5, wobei Festlegen der Resonanzfrequenz das Überwachen einer Impedanz auf der Energieübertragungskonsole umfasst, während der Wobbelgenerator die Übertragungsfrequenzen quer durch ein Kippfrequenzspektrum absucht, wobei eine Änderung der Impedanz einer Energieübertragung an das tragbare Elektronikgerät entspricht, und wenn die Impedanzänderung einen Schwellenpegel für eine spezifische Frequenz überschreitet, es bestimmt ist, dass die spezifische Frequenz die Resonanzfrequenz ist.
System nach Anspruch 5, wobei Festlegen der Resonanzfrequenz das Überwachen einer Impedanz auf der Energieübertragungskonsole, während der Wobbelgenerator die Übertragungsfrequenzen quer durch ein Kippfrequenzspektrum absucht, wobei eine Änderung der Impedanz einer Energieübertragung an das tragbare Elektronikgerät entspricht, und Auswählen einer einer größten Impedanzänderung entsprechenden, spezifischen Frequenz als die Resonanzfrequenz umfasst.
System nach Anspruch 5, wobei das eine oder mehrere tragbare Elektronikgeräte gestaltet sind, um sich gegenseitig Nachrichtensignale bereitzustellen.
Verfahren der drahtlosen Energieübertragung zwischen einer Energieübertragungskonsole und einem oder mehreren aufzuladenden, tragbaren Elektronikgeräten, wobei das Verfahren umfasst: a. Gestalten der Energieübertragungskonsole mit einer ersten Spule und einem Wobbelgenerator und jedes tragbaren Elektronikgeräts mit einer zweiten Spule; b. Erzeugen eines wechselnden Magnetfeldes durch Anwendung des Wobbelgenerators auf die erste Spule; c. Bestimmen einer Anzahl von tragbaren Elektronikgeräten, die innerhalb des wechselnden Magnetfeldes positioniert sind; d. Einstellen eines Energieübertragungspegels eines Leistungsübertragungssignals entsprechend der bestimmten Anzahl; und e. Übertragen des Leistungsübertragungssignals von der Energieübertragungskonsole an das eine oder mehrere tragbare Elektronikgeräte.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei eine Quittungsprotokoll zwischen dem tragbaren Elektronikgerät und der Energieübertragungskonsole vollzogen wird, wenn eines von einem oder mehreren tragbaren Elektronikgeräten innerhalb des von der Energieübertragungskonsole erzeugten wechselnden Magnetfeldes positioniert ist, wobei des Weiteren die Energieübertragungskonsole ausgelegt ist, um die Anzahl von innerhalb des wechselnden Magnetfeldes positionierten, tragbaren Elektronikgeräten zu bestimmen, indem eine Anzahl von Quittungsprotokollen gezählt wird.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Energieübertragungskonsole ausgelegt ist, um den Energieübertragungspegel erneut zu kalibrieren, wenn eines von einem oder mehreren tragbaren Elektronikgeräten voll aufgeladen wird, aus dem wechselnden Magnetfeld entfernt ist oder ein neues tragbares Elektronikgerät innerhalb des wechselnden Magnetfeldes positioniert ist, indem eine aktualisierte Anzahl von aufzuladenden, tragbaren Elektronikgeräten bestimmt wird, und um den Energieübertragungspegel entsprechend der bestimmten aktualisierten Anzahl einzustellen.
Verfahren nach Anspruch 21, des Weiteren umfassend: f. Messen einer oder mehrerer Systemcharakteristiken als Reaktion auf das wechselnde Magnetfeld; g. Festlegen einer Resonanzfrequenz jedes tragbaren Elektronikgerätes entsprechend den gemessenen Systemcharakteristiken; h. Bestimmen einer Frequenz des Leistungsübertragungssignals unter Verwendung der festgelegten Resonanzfrequenz jedes tragbaren Elektronikgerätes; i. Synchronisieren einer Energieübertragungsfrequenz der Energieübertragungskonsole mit der festgelegten Frequenz; und j. Übertragen des Leistungsübertragungssignals von der Energieübertragungskonsole an das tragbare Elektronikgerät unter Verwendung der synchronisierten Energieübertragungsfrequenz.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Frequenz ein Durchschnitt der festgelegten Resonanzfrequenz für jedes tragbare Elektronikgerät ist.
System nach Anspruch 24, wobei die Energieübertragungskonsole ferner ausgelegt ist, um die synchronisierte Energieübertragungsfrequenz erneut zu kalibrieren, wenn eines von einem oder mehreren tragbaren Elektronikgeräten voll aufgeladen wird, aus dem wechselnden Magnetfeld entfernt ist oder ein neues tragbares Elektronikgerät innerhalb des wechselnden Magnetfeldes positioniert wird, indem die Resonanzfrequenz für jedes tragbare Elektronikgerät entsprechend der maximalen Energieübertragung von der Energieübertragungskonsole an das tragbare Elektronikgerät festgelegt wird, und um die Frequenz des Leistungsübertragungssignals unter Nutzung der festgelegten Resonanzfrequenz jedes tragbaren Elektronikgerätes zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Systemcharakteristik einen Ladestrom des tragbaren Elektronikgerätes einschließt, und Festlegen der Resonanzfrequenz das Überwachen des Ladestroms des tragbaren Elektronikgerätes umfasst, während der Wobbelgenerator die Übertragungsfrequenzen quer durch ein Kippfrequenzspektrum absucht; und wenn der Ladestrom einen Schwellenpegel für eine spezifische Frequenz überschreitet, es bestimmt ist, dass die spezifische Frequenz die Resonanzfrequenz ist.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Systemcharakteristik einen Ladestrom des tragbaren Elektronikgerätes einschließt, und Festlegen der Resonanzfrequenz das Überwachen des Ladestroms des tragbaren Elektronikgerätes, während der Wobbelgenerator die Übertragungsfrequenzen quer durch ein Kippfrequenzspektrum absucht, und Auswählen einer dem höchsten Ladestrom entsprechenden, spezifischen Frequenz als Resonanzfrequenz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Systemcharakteristik eine Impedanz auf der Energieübertragungskonsole einschließt, und Festlegen der Resonanzfrequenz das Überwachen der Impedanz auf der Energieübertragungskonsole umfasst, während der Wobbelgenerator die Übertragungsfrequenzen quer durch ein Kippfrequenzspektrum absucht, wobei eine Änderung der Impedanz einer Energieübertragung an das tragbare Elektronikgerät entspricht, und wenn die Impedanzänderung einen Schwellenpegel für eine spezifische Frequenz überschreitet, es bestimmt ist, dass die spezifische Frequenz die Resonanzfrequenz ist.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die Systemcharakteristik eine Impedanz auf der Energieübertragungskonsole einschließt, und Festlegen der Resonanzfrequenz das Überwachen der Impedanz auf der Energieübertragungskonsole, während der Wobbelgenerator die Übertragungsfrequenzen quer durch ein Kippfrequenzspektrum absucht, wobei eine Änderung der Impedanz einer Energieübertragung an das tragbare Elektronikgerät entspricht, und Auswählen einer einer größten Impedanzänderung entsprechenden, spezifischen Frequenz als die Resonanzfrequenz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei jedes tragbare Elektronikgerät einen Parallelschwingkreis umfasst, der die zweite Spule einschließt, wobei die festgelegte Resonanzfrequenz einer Resonanzfrequenz des Parallelschwingkreises entspricht.
Verfahren nach Anspruch 21, des Weiteren umfassend Überwachen eines Ladungsgrades der Batterie eines tragbaren Elektronikgerätes und Erzeugen einer Ladungsgrad-Statusmeldung.
Verfahren nach Anspruch 32, wobei die Ladungsgrad-Statusmeldung ein Energieübertragungs-Beendigungssignal einschließt, wenn die Batterie voll aufgeladen ist.
Verfahren nach Anspruch 32, des Weiteren umfassend das Senden der Ladungsgrad-Statusmeldung von dem tragbaren Elektronikgerät an die Energieübertragungskonsole.
Verfahren nach Anspruch 21, des Weiteren umfassend das Bereitstellen von Nachrichtensignalen zwischen dem einen oder mehreren tragbaren Elektronikgeräten.