DE102016001042A1

DE102016001042A1 - Rekonfigurierbares verteiltes aktives drahtloses Ladesystem

Info

Publication number: DE102016001042A1
Application number: DE102016001042.8A
Authority: DE
Inventors: Seunghwan Yoon
Original assignee: Broadcom Corp
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 2015-02-03
Filing date: 2016-02-01
Publication date: 2016-08-04
Also published as: US20190139693A1; CN105846550B; US10224142B2; HK1222742A1; US20160226292A1; CN110060852A; CN110060852B; DE102016008947A1; CN105846550A

Abstract

Ein System und ein Verfahren verwenden eine Anordnung von Einheitsspulen zum drahtlosen Laden und/oder für Nahfeldkommunikation. Die Anordnung von Einheitsspulen kann dazu konfiguriert sein, Magnetfelder verschiedener Formen bereitzustellen, um Verbrauchsgeräten und/oder Gerätetypen Rechnung zu tragen. Die Anordnung von Einheitsspulen kann jede Art von Spulen sein (z. B. exzentrische Spulen, die ein konzentriertes Stromfeld und ein starkes Magnetfeld bereitstellen). Die Anordnung von Einheitsspulen kann durch eine oder mehrere Stromquellen versorgt werden.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Systeme und Verfahren zum drahtlosen Laden und/oder für Nahfeldkommunikation.
Drahtloses Laden (das auch als ”induktives Laden” bekannt ist), verwendet induktive Spulen, um ein elektromagnetisches Feld bereitzustellen, das Energie von einer Ladequelle an ein Verbrauchsgerät überträgt. Drahtloses Laden kann bei verschiedenen Verbrauchsgeräten verwendet werden, zum Beispiel bei mobilen Geräten (z. B. Mobiltelefon, Tablet, mobiles Rechnergerät, etc.), Elektrofahrzeugen, Ferngeräten, medizinischen Geräten, etc. Drahtlose Ladegeräte verwenden im Allgemeinen eine feste induktive Drahtspule in der Ladequelle und eine feste induktive Drahtspule im Verbrauchsgerät. Die Spulen bei herkömmlichen drahtlosen Ladegeräten sind typischerweise groß und nicht konfigurierbar.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Laden eines Geräts bereitgestellt, das umfasst:
Konfigurieren einer Anordnung von Einheitsspulen; und
Bereitstellen eines Magnetfelds über die Anordnung von Einheitsspulen.
Vorteilhaft weisen die Einheitsspulen eine Spule erster Richtung auf, die in einer ersten Richtung angeordnet ist, und eine Spule zweiter Richtung, die in einer zweiten Richtung angeordnet ist, wobei sich die erste und die zweite Richtung voneinander unterscheiden.
Vorteilhaft ist die erste Richtung vertikal und die zweite Richtung horizontal.
Vorteilhaft befindet sich die Spule erster Richtung auf einem Leiterplatten-Substrat und die Spule zweiter Richtung auf dem Leiterplatten-Substrat, wobei die Spule erster Richtung wenigstens einen Leiter aufweist, der durch die Spule zweiter Richtung bereitgestellt wird, und die Spule zweiter Richtung wenigstens einen Leiter aufweist, der durch die Spule erster Richtung bereitgestellt wird.
Vorteilhaft weist jede Einheitsspule eine Leiterplatten-Spule auf, die in planarer exzentrischer Form ausgelegt ist, wodurch eine negative Wirkung aufgrund entgegengesetzter Ströme reduziert wird.
Vorteilhaft ist die Anordnung für einen Mehrgerät-Lademodus oder einen Einzelgerät-Lademodus konfiguriert.
Vorteilhaft wird die Anordnung automatisch durch Abfühlen des Typs eines mobilen Geräts konfiguriert.
Gemäß einem Aspekt weist eine magnetische Induktionsvorrichtung auf:
eine Anordnung von Einheitsspulen, die dazu ausgelegt ist, separat an eine Stromquelle anzukoppeln, und wobei die Anordnung dazu konfigurierbar ist, zwei oder mehr Ringleitungen bereitzustellen.
Vorteilhaft ist die Vorrichtung ein Ladegerät.
Vorteilhaft weisen die Einheitsspulen duale planare duale exzentrische Spulen auf.
Vorteilhaft weisen die Einheitsspulen eine planare rechtwinklige exzentrische Spule auf.
Vorteilhaft weisen die Einheitsspulen eine rechtwinklige exzentrische Spule mit äußeren Flusslinien auf, die wenigstens teilweise auf nicht parallele Art und Weise angeordnet sind.
Vorteilhaft weisen die Einheitsspulen eine Spule erster Richtung auf, die in einer ersten Richtung angeordnet ist, und eine Spule zweiter Richtung, die in einer zweiten Richtung angeordnet ist, wobei sich die erste und die zweite Richtung in verschiedenen Ebenen befinden, wobei die erste Spule auf einem Leiterplatten-Substrat angeordnet ist und die zweite Spule auf dem Leiterplatten-Substrat angeordnet ist, und die erste Spule in einem planaren exzentrischen Muster konfiguriert ist und die zweite Spule in einem planaren exzentrischen Muster konfiguriert ist.
Vorteilhaft sind die Einheitsspulen dazu konfiguriert, parallel an eine Stromquelle gekoppelt zu werden.
Vorteilhaft sind die Einheitsspulen als ein Paar exzentrischer Spulen angeordnet.
Gemäß einem Aspekt weist eine magnetische Induktionsvorrichtung auf:
eine Anordnung von Einheitszellen, wobei jede Zelle aus zwei exzentrischen Spulen besteht.
Vorteilhaft stellt die Anordnung von Einheitszellen einen Dreiring-Fließpfad bereit.
Vorteilhaft ist jeder Fließpfad der drei Fließfpade rechtwinklig.
Vorteilhaft stellt die Anordnung von Einheitszellen einen Fließpfad bereit, wobei der Fließpfad für einen einer Vielzahl von Gerätetypen ausgelegt ist.
Vorteilhaft wird der Gerätetyp abgefühlt und der Fließpfad automatisch gemäß dem Gerätetyp ausgelegt.
Kurze Beschreibung der Zeichungen
Verschiedene Ziele, Aspekte, Merkmale und Vorteile der Offenbarung werden unter Bezug auf die detaillierte Beschreibung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen offensichtlich und besser verstanden werden. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen durchwegs korrespondierende Elemente. In den Zeichnungen geben gleiche Bezugszeichen im Allgemeinen identische, funktionen ähnliche und/oder strukturell ähnliche Elemente an.
1 ist eine perspektivische Darstellung eines konfigurierbaren drahtlosen Ladesystems gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen;
2 ist ein allgemeines Blockdiagramm des in 1 gezeigten konfigurierbaren drahtlosen Ladesystems gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen;
3 ist ein Flussdiagramm eines Ladeverfahrens für ein oder mehrere Verbrauchsgeräte durch eine magnetische Induktionsvorrichtung gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen;
4 ist ein elektrisches Schaltungsdiagramm eines drahtlosen Ladesystems gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen;
5 ist ein allgemeines Blockdiagramm einer Anordnung von Einheitsspulen für das in 1 gezeigte konfigurierbare drahtlose Ladesystem gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen;
6 ist eine schematische Darstellung einer Einheitsspule für das in 1 gezeigte konfigurierbare drahtlose Ladesystem gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen, wobei die Einheitsspule in Draufsicht und in perspektivischer Ansicht gezeigt ist;
7 ist in Draufsicht eine schematische Darstellung von Ladeleitungen, die von einer Anordnung von Einheitsspulen für das in 1 gezeigte konfigurierbare drahtlose Ladesystem erzeugt werden, gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen;
8 ist in Draufsicht eine schematische Darstellung exzentrischer Einheitsspulen für das in 1 gezeigte konfigurierbare drahtlose Ladesystem gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen;
9 ist in Draufsicht eine schematische Darstellung eines Paars rechtwinkliger exzentrischer Einheitsspulen für das in 1 gezeigte konfigurierbare drahtlose Ladesystem gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen;
10 ist in Draufsicht eine schematische Darstellung einer Anordnung rechtwinkliger exzentrischer Einheitsspulen für das in 1 gezeigte konfigurierbare drahtlose Ladesystem gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen;
11 ist in Draufsicht eine schematische Darstellung eines durch eine Anordnung rechtwinkliger exzentrischer Einheitsspulen für das in 1 gezeigte konfigurierbare drahtlose Ladesystem erzeugten Magnetfelds gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen; und
12 ist eine perspektivische schematische Darstellung einer exzentrischen Doppelschicht-Spule für das in 1 gezeigte konfigurierbare drahtlose Ladesystem gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen.
Detaillierte Beschreibung
Bevor die Merkmale, die die beispielhaften Ausführungsformen im Einzelnen erläutern, behandelt werden, wird angemerkt, dass die Anmeldung nicht auf die in der Beschreibung dargelegten oder in den Figuren gezeigten Einzelheiten oder Methoden beschränkt ist. Es ist selbstverständlich, dass die Terminologie nur zum Zweck der Beschreibung dient und nicht als einschränkend zu betrachten ist.
Unter allgemeinem Bezug auf die Figuren werden Systeme und Verfahren zum drahtlosen Laden gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen gezeigt. Die Systeme und Verfahren sind bei einigen Ausführungsformen konfigurierbar oder rekonfigurierbar, verteilt und/oder aktiv. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen wird ein Gerät durch Konfigurieren einer Anordnung von Einheitsspulen in einem drahtlosen Ladesystem drahtlos geladen. Bei einigen Ausführungsformen wird durch Verwenden der Einheitsspulen im Vergleich zum Verwenden größerer, herkömmlicher fester Spulen höhere Effizienz der Stromübertragung erreicht.
Bei einigen Ausführungsformen konfiguriert ein Verfahren zum Laden eines Geräts eine Anordnung von Einheitsspulen und stellt über die Anordnung von Einheitsspulen ein Magnetfeld bereit. Bei einigen Ausführungsformen weist eine magnetische Induktionsvorrichtung eine Anordnung von Einheitszellen auf. Bei einigen Ausführungsformen besteht jede Zelle aus zwei exzentrischen Spulen. Bei einigen Ausführungsformen weist eine magnetische Induktionsvorrichtung eine Anordnung von Einheitsspulen auf, die dazu konfiguriert ist, separat an eine Stromquelle anzukoppeln, und die Anordnung ist dazu konfigurierbar, zwei oder mehr Ringe von Ladeleitungen bereitzustellen.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Anordnung von Einheitsspulen dazu konfiguriert sein, ein Magnetfeld bereitzustellen, das Energie von einer Ladequelle an ein Verbrauchsgerät liefert. Bei einigen Ausführungsformen ist die Anordnung von Einheitsspulen dazu konfiguriert, mehrere Magnetfelder bereitzustellen, die Energie von einer oder mehreren Ladequellen an mehrere Verbrauchsgeräte übertragen. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen haben die Einheitsspulen magnetfelderzeugende Strukturen. Bei einigen Ausführungsformen weisen die Einheitsspulen ein oder mehrere Paare orthogonaler exzentrischer Spulen auf. Bei einigen Ausführungsformen haben die exzentrischen Spulen eine mittige konzentrierte Struktur, die ein mittiges konzentriertes Stromfeld bereitstellt. Bei einigen Ausführungsformen haben die Einheitsspulen kleine Abmessungen. Bei einigen Ausführungsformen sind die Einheitsspulen auf einer oder mehreren leitenden Schichten einer Leiterplatte angeordnet.
Bei einigen Ausführungsformen werden die Systeme und Verfahren der vorliegenden Offenbarung in einer magnetischen Induktionsvorrichtung verwendet. Die magnetische Induktionsvorrichtung kann eine Anordnung von Einheitsspulen aufweisen, die dazu konfiguriert ist, separat an eine Stromquelle anzukoppeln. Die Anordnung von Einheitsspulen kann des Weiteren dazu konfiguriert sein, zwei oder mehr Ringe von Flusslinien bereitzustellen. Die zwei oder mehr Ringe von Flusslinien können als primäres Feld zum Erzeugen elektromagnetischer Induktion dienen. Bei einigen Ausführungsformen weist die magnetische Induktionsvorrichtung eine Anordnung von Einheitszellen auf, und jede Zelle weist des Weiteren zwei Paare exzentrischer Spulen auf. Die zwei Paare exzentrischer Spulen werden in unterschiedlicher Richtung angeordnet. Jede Einheitszelle kann dazu konfiguriert sein, ein Magnetfeld in jeder oder nahezu jeder Richtung durch die Kombination zweier Magnetfelder, die durch das Paar exzentrischer Spulen erzeugt werden, bereitzustellen.
1 ist ein Diagramm eines drahtlosen Ladesystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Unter Bezug auf 1 weist ein drahtloses Ladesystem 100 eine magnetische Induktionsvorrichtung 101, mobile Geräte 104 und 106, ein medizinisches Gerät 108 und ein Ferngerät 110 auf. Bei einigen Ausführungsformen ist das drahtlose Ladesystem 100 ein rekonfigurierbares oder konfigurierbares, verteiltes, aktives Ladesystem.
Bei einigen Ausführungsformen ist die magnetische Induktionsvorrichtung 101 eine Ladeplattform, die ein oder mehrere Magnetfelder bereitstellt und Energie an ein oder mehrere mobile Geräte 104 und 106, das medizinische Gerät 108 und das Ferngerät 110, die sich in dem einen oder den mehreren Magnetfeldern befinden, liefert. Bei einigen anderen Ausführungsformen wird die magnetische Induktionsvorrichtung 101 zur Nahfeldkommunikation verwendet. Die magnetische Induktionsvorrichtung 101 kann zum Beispiel als induktiver Durchflussmesser, Transformator, elektrischer Generator, etc. verwendet werden.
Die magnetische Induktionsvorrichtung 101 weist eine Anordnung von Einheitszellen oder Einheitsspulen 102 und ein Steuersystem 112 auf. Bei einigen Ausführungsformen kann jede der Einheitsspulen 102 dazu konfiguriert sein, ein Einheitsmagnetfeld bereitzustellen. Die Anordnung von Einheitsspulen 102 kann des Weiteren dazu konfiguriert sein, mehrere Einheitsmagnetfelder zu kombinieren, um ein Magnetfeld als primäres Magnetfeld zu bilden. Bei einigen Ausführungsformen hat das kombinierte primäre Magnetfeld zwei oder mehr Ringe von Ladeleitungen.
Bei einigen Ausführungsformen ist eine Anordnung von Einheitsspulen 102 auf einer Leiterplatte angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen weist jede der Einheitsspulen 102 ein Paar von Spulen auf. Jede Spule in dem Paar von Einheitsspulen 102 ist in einer anderen Richtung angeordnet (z. B. in horizontaler und vertikaler Richtung). Bei einigen Ausführungsformen weisen die Einheitsspulen 102 eine beliebige Art von leitendem Material auf und haben eine exzentrische Form. Bei einigen Ausführungsformen sind mehrere Einheitsspulen 102 in der Anordnung parallel mit einer Stromquelle verbunden, so dass die Anordnung von Einheitsspulen 102 die parallelen Stromquelleneingänge kombiniert, um stärkeren Strom mit kleinem Formfaktor zu erzeugen. Bei einigen Ausführungsformen sind mehrere Einheitsspulen 102 in der Anordnung in Reihe mit einer Stromquelle verbunden. Bei anderen Ausführungsformen sind einige der Einheitsspulen 102 in Reihe mit der Stromquelle verbunden und andere sind parallel verbunden. Die Parallelverbindung ermöglicht auch, dass jede der Einheitsspulen 102 von der Stromquelle einzeln gesteuert wird. Das Steuersystem 112 kann die Strommenge steuern und kann die mobilen Geräte 104 und 106, das medizinische Gerät 108 und das Ferngerät 110 parallel oder in Reihe schalten.
Bei einigen Ausführungsformen weist das Steuersystem 112 der magnetischen Induktionsvorrichtung 101 eine Abfühlschaltung oder Sensoren auf, um Sekundärspulen in den mobilen Geräten 104 und 106, dem medizinischen Gerät 108 und dem Ferngerät 110 zu ermitteln. Bei einigen Ausführungsformen ist das Steuersystem 112 ein Hardwaresystem oder eine Kombination aus Hardware- und Softwaresystem, das Verbindungen, Strom und Signale zum Bereitstellen des Magnetfelds der magnetischen Induktionsvorrichtung 101 steuert. Bei einigen Ausführungsformen werden die magnetische Induktionsvorrichtung 101 durch den Betrieb des Steuersystems 112 und die Anordnung von Einheitsspulen 102 aktiv für die Art, die Größe und die Anzahl der mobilen Geräte 104 und 106, des medizinischen Geräts 108 und des Ferngeräts 110 konfiguriert. Bei einigen Ausführungsformen sind die Sensoren des Steuersystems 112 jede beliebige Art von Sensoren, die Sekundärspulen in den mobilen Geräten 104 und 106, dem medizinischen Gerät 108 und dem Ferngerät 110 oder die Größe und Form der mobilen Geräte 104 und 106, des medizinischen Geräts 108 und des Ferngeräts 110 ermitteln, zum Beispiel induktive Sensoren, optische Sensoren, mechanische Sensoren, etc.
Bei einigen Ausführungsformen ist die Anordnung von Einheitsspulen 102 in einem Einzelgerät-Lademodus oder einem Mehrgerät-Lademodus konfiguriert, wie durch das Steuersystem 112 gesteuert. Bei einigen Ausführungsformen hängt der Betriebsmodus von der Ermittlung der Anzahl der mobilen Geräte 104 und 106, des medizinischen Geräts 108 und des Ferngeräts 110 ab. Bei einigen Ausführungsformen ist die Anordnung von Einheitsspulen 102 dazu konfiguriert, die ausgewählten Einheitsspulen 102 im Betrieb anzuschalten und alle anderen Einheitsspulen 102 abzuschalten, um Energie zu sparen. Bei einigen Ausführungsformen ist eine Anordnung von Einheitsspulen 102 aus mehreren Arten von Einheitsspulen 102 zusammengesetzt.
Das Steuersystem 112 wird verwendet, um die Anordnung von Einheitsspulen 102 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen zu steuern und zu konfigurieren. Das Steuersystem 112 kann geeignete Logik, Schaltung und/oder Code aufweisen, die das Steuern der Operationen der magnetischen Induktionsvorrichtung 101 ermöglichen können. Das Steuersystem 112 kann dazu betreibbar sein, Steuersignale an die Anordnung von Einheitsspulen 102 und die verschiedenen anderen Komponenten der magnetischen Induktionsvorrichtung 101 zu liefern. Das Steuersystem 112 kann dazu betreibbar sein, Datenübertragungen zwischen verschiedenen Komponenten der magnetischen Induktionsvorrichtung 101 zu steuern. Das Steuersystem 112 kann einen oder mehrere Controller aufweisen.
Die mobilen Geräte 104 und 106, das medizinische Gerät 108 und das Ferngerät 110 sind als beispielhafte Verbrauchsgeräte in dem drahtlosen Ladesystem 100 gezeigt. Die Verbrauchsgeräte haben induktive Spulen als Sekundärspulen, um den von der magnetischen Induktionsvorrichtung 101 übertragenen Induktionsstrom zu empfangen. Die mobilen Geräte 104 und 106 können jede beliebige Art eines mobilen Rechnergeräts sein, zum Beispiel ein Mobiltelefon, ein Tablet, ein Minicomputer, ein GPS-Empfänger, ein mobiler Hot Spot, eine Smartwatch, ein Activity Tracker, ein Computer, ein Notebook, ein Laptop, jedes Gerät, das Laden oder Nahfeldkommunikation, etc., verwendet. Bei einigen Ausführungsformen haben das mobile Gerät 104 und das mobile Gerät 106 unterschiedliche Arten von Sekundärspulen. Das mobile Gerät 104 hat zum Beispiel eine eingebaute Spule, und das mobile Gerät 106 hat einen Skin Adapter, der eine Spule aufweist. Wie in 1 gezeigt ist, können die mobilen Geräte 104 und 106, das medizinische Gerät 108 und das Ferngerät 110 in jedem Bereich der Anordnung von Einheitsspulen 102 geladen werden, so dass die Anordnung von Einheitsspulen 102 ihren Bereich und ihre Form effizient ausnutzt. Bei einigen Ausführungsformen kann jede Art von leitenden Spulen in den Verbrauchsgeräten ermittelt und mit jeweiligen Einheitsspulen verbunden werden.
2 ist ein Blockdiagramm eines drahtlosen Ladesystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Unter Bezug auf 2 weist, bei einigen Ausführungsformen, die magnetische Induktionsvorrichtung 101 eine Anordnung von Einheitsspulen 102, eine Benutzerschnittstelle 205 und ein Steuersystem 112 mit einem Prozessor 202, mehreren Sensoren 204, einem Spulenanordnungskonfigurationsmodul oder -schaltung 206, einem Spulenstromkonfigurationsmodul oder -schaltung 201, einem Speicher und einer Steuerschaltung 214 auf.
Der Prozessor 202 kann geeignete Logik, Schaltung und/oder Code aufweisen, die das Verarbeiten von Daten und/oder das Steuern von Operationen der magnetischen Induktionsvorrichtung 101 ermöglichen können. Der Prozessor 202 kann ein Mikroprozessor sein, der dazu betreibbar ist, Steuersignale durch die Steuerschaltung 214 an die verschiedenen anderen Komponenten der magnetischen Induktionsvorrichtung 101 zu liefern. Der Prozessor 202 kann dazu betreibbar sein, Datenübertragungen zwischen verschiedenen Komponenten der magnetischen Induktionsvorrichtung 101 zu steuern. Der Prozessor 202 kann dazu betreibbar sein, Programme auszuführen, die einen oder mehrere Befehle enthalten. Die Programme können zum Beispiel den Prozessor 202 instruieren, Daten zu erzeugen, zu parsen, zu koppeln, zu optimieren, zu senden oder anderweitig zu verarbeiten. Die Programme können den Prozessor 202 zum Beispiel instruieren, den Betrieb der verschiedenen Komponenten der magnetischen Induktionsvorrichtung 101 zu konfigurieren oder zu steuern. Die Befehle können die magnetische Induktionsvorrichtung 101 zum Beispiel instruieren, im Ansprechen auf das Ermitteln eines Verbrauchsgeräts 207 (z. B. eines oder mehrerer mobiler Geräte 104 und 106, des medizinischen Geräts 108 und des Ferngeräts 110 in 1) verschiedene Aktionen durchzuführen, zum Beispiel die Anordnung von Einheitsspulen 102 gemäß dem Typ der Spulen in den ermittelten Geräten zu konfigurieren. Der Prozessor 202 kann jede Art von Universal- oder Spezialprozessor sein oder diesen aufweisen.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Steuerschaltung 214 Schaltung zum Bereitstellen von Verbindungen (z. B. Schalter) und zum Anlegen von Strom von der Stromquelle 209 unter Steuerung des Prozessors 202 auf. Bei einigen Ausführungsformen weist die Steuerschaltung 214 Schaltung zum Koppeln mit der Spulenanordnungskonfigurationsschaltung 206, der Spulenstromkonfigurationsschaltung 212 und der Anordnung von Einheitsspulen 102 auf.
Bei einigen Ausführungsformen werden Sensoren 204 verwendet, um verschiedene Parameter des Verbrauchsgeräts 207 zu ermitteln, zum Beispiel Spulentyp, Position, Strompegel, etc. Bei einigen Ausführungsformen weisen die Sensoren 204 mechanische Sensoren wie zum Beispiel einen Drucksensor, einen Positionssensor, einen Metalldetektorsensor, einen Temperatursensor, einen Bewegungssensor, etc. auf. Bei einigen Ausführungsformen werden die mechanischen Sensoren verwendet, um den Standort des Verbrauchsgeräts 207 zu ermitteln. Bei einigen Ausführungsformen wird zum Beispiel ein Drucksensor verwendet, um ein Verbrauchsgerät 207 zu ermitteln, das mit der magnetischen Induktionsvorrichtung 101 in Kontakt steht, und Signale an den Prozessor 202 und die Steuerschaltung 214 zu senden. Bei einigen Ausführungsformen wird zum Beispiel ein Bewegungssensor verwendet, um eine Bewegung des Verbrauchsgeräts 207 zu ermitteln, um die Einheitsspulen 102 entsprechend der geänderten Positionen zu rekonfigurieren. Bei einigen Ausführungsformen weisen die Sensoren 204 elektronische Näherungssensoren auf, um einen Metallgegenstand, zum Beispiel eine Sekundärspule in dem Verbrauchsgerät 207 zu ermitteln. Bei einigen Ausführungsformen kann das Verbrauchsgerät 207 ohne Kontakt zu der magnetischen Induktionsvorrichtung 101 ermittelt werden, was zum Laden bestimmter nicht erreichbarer Geräte (zum Beispiel eines in einem Patienten implantierten elektronischen medizinischen Geräts) von Vorteil sein kann. Bei einigen Ausführungsformen können die Sensoren 204 auch elektromagnetische Sensoren aufweisen, um einen Stromzustand in dem Verbrauchsgerät 207 zu ermitteln. Bei einigen Ausführungsformen sind die Sensoren 204 geeignete Logik und/oder Code, die es den in der Anordnung von Einheitsspulen 102 integrierten Schaltungen ermöglicht, entsprechende Parameter zu ermitteln. Bei einigen Ausführungsformen sind die Sensoren 204 Hardware, wie zum Beispiel verschiedene mechanische Sensoren. Bei einigen Ausführungsformen sind die Sensoren 204 Kombinationen aus geeigneter Logik, Schaltung, Code und Hardware. Bei einigen Ausführungsformen weisen die Sensoren 204 Schaltung zum drahtlosen Ermitteln der induktiven Eigenschaften des Verbrauchsgeräts 207 auf. Bei einigen Ausführungsformen können die induktiven Eigenschaften verwendet werden, um den Typ des Verbrauchsgeräts 207 zu ermitteln.
Die Benutzerschnittstelle 205 kann verwendet werden, um Befehle eines Benutzers einzugeben, zum Beispiel Aufladen beginnen, Ladezeit auswählen, Ladepegel einstellen, automatisches Abschalten einstellen, etc. Die Benutzerschnittstelle 205 kann verwendet werden, um verschiedene Parameter der magnetischen Induktionsvorrichtung 101 und des Verbrauchsgeräts 207 auszugeben, zum Beispiel Ladekapazität, Ladehistorie, Temperatur, Effizienz, Strompegel, Stromwert, etc. Die Benutzerschnittstelle 205 kann verschiedene Eingabe- und Ausgabeverfahren und -systeme aufweisen, zum Beispiel Display, Berührungsbildschirm, Sprachsteuerungsschnittstelle, Bewegungssteuerungsschnittstelle, Schaltflächen, Lautsprecher, etc.
Der Speicher 210 ist eine Speichervorrichtung, zum Beispiel ein nicht flüchtiges Medium. Der Speicher 210 kann geeignete Logik, Schaltung und/oder Code aufweisen, die dazu betreibbar sein können, Informationen zu speichern, zum Beispiel Befehle, die von dem Prozessor 202 auszuführen sind, Daten, die von einer oder mehreren Komponenten der magnetischen Induktionsvorrichtung 101 erzeugt werden, Daten, die über eine oder mehrere Komponenten der magnetischen Induktionsvorrichtung 101 empfangen werden, und/oder Parameter zum Steuern des Betriebs der magnetischen Induktionsvorrichtung 101. Der Speicher 201 kann Befehle für die Spulenanordnungskonfigurationsschaltung 206 und die Spulenstromkonfigurationsschaltung 212 speichern. Der Speicher 210 kann jede Art von computer- oder maschinenlesbarem Speichermedium aufweisen, wie zum Beispiel SRAM, DRAM, Flash-Speicher und/oder Magnetspeicher. In dem Speicher 210 gespeicherte Parameter können zum Beispiel Parameter aufweisen, die von den Sensoren 204 ermittelt werden, Konfigurationshistorien, etc. Bei einigen Ausführungsformen kann der Speicher 210 Benutzerpräferenzen speichern, zum Beispiel einen Ladestartplan für ein medizinisches Gerät. Der Plan kann ein festgelegter oder ein nicht festgelegter Plan sein.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Spulenanordnungskonfigurationsschaltung 206 geeignete Logik, ein Softwaremodul, Hardware, Schaltung und/oder Code auf, die dazu betreibbar sein können, die Anordnung von Einheitsspulen 102 zu konfigurieren. Die Spulenanordnungskonfigurationsschaltung 206 kann jede aktive Einheitsspule 102 konfigurieren, um ein gewünschtes Einheitsmagnetfeld und ein Einheitsstromfeld zu erzeugen. Die Spulenanordnungskonfigurationsschaltung 206 kann die Anordnung von Einheitsspulen 102 des Weiteren dazu konfigurieren, die Einheitsmagnetfelder zu kombinieren und ein Magnetfeld zu bilden. Bei einigen Ausführungsformen hat das kombinierte Magnetfeld zwei oder mehr Ringe von Ladeleitungen. Die Spulenanordnungskonfigurationsschaltung 206 kann die Richtung des Magnetfelds durch Vektoraddition von zwei oder mehr Magnetvektoren konfigurieren, die durch zwei oder mehr Spulen erzeugt werden, die in verschiedenen Richtungen angeordnet sind. Bei einigen Ausführungsformen empfängt die Spulenanordnungskonfigurationsschaltung 206 Befehle von dem Prozessor 202 und der Steuerschaltung 214 basierend auf den von den Sensoren 204 ermittelten Daten. Bei einigen Ausführungsformen konfiguriert die Spulenanordnungskonfigurationsschaltung 206 einen Pfad von im Betrieb befindlichen Einheitsspulen 102 basierend auf der Optimierung der Stromübertragungseffizienz. Bei einigen Ausführungsformen fühlen der Prozessor 202 und die Spulenanordnungskonfigurationsschaltung 206 die induktiven Eigenschaften des Verbrauchsgeräts 207 über Sensoren 204 ab und passen die Konfiguration der Einheitsspulen 102, den an die Einheitsspulen 102 gelieferten Strom und/oder die Frequenz des an die Einheitsspulen 102 gelieferten Stromsignals zur Ladeeffizienz an. Bei einigen Ausführungsformen liefern die induktiven Eigenschaften Feedback zum Steigern der Stromübertragung. Bei einigen Ausführungsformen werden die Einstellungen durchgeführt, bis induktive Spitzeneigenschaften abgefühlt werden.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Spulenstromkonfigurationsschaltung 212 geeignete Software, ein Softwaremodul, Hardware, Schaltung und/oder Code auf, die dazu betreibbar sein können, die Anordnung von Einheitsspulen 102 zu konfigurieren. Die Spulenstromkonfigurationsschaltung 212 kann jede Einheitsspule in der Anordnung dazu konfigurieren, aktiv oder inaktiv zu sein oder eine bestimmte Stromgröße zu empfangen. Die Spulenstromkonfigurationsschaltung 212 kann die Einheitsspulen 102 dazu konfigurieren, parallel mit einer Stromquelle 209 verbunden zu werden. Bei einigen Ausführungsformen konfiguriert die Spulenstromkonfigurationsschaltung 212 die Einheitsspule, in Reihe mit einer Stromquelle 209 geschaltet zu werden. Bei einigen Ausführungsformen konfiguriert die Spulenstromkonfigurationsschaltung 212 die Einheitsspulen 102, an mehrere Stromquellen gekoppelt zu werden, und die mehreren Stromquellen unterscheiden sich voneinander. Bei einigen Ausführungsformen konfiguriert die Spulenstromkonfigurationsschaltung 212 unter Verwendung der Steuerschaltung 214 einige Einheitsspulen 102, parallel mit einer oder mehreren Stromquellen verbunden zu werden, und andere Einheitsspulen 102, in Reihe mit einer oder mehreren Stromquellen verbunden zu werden. Die Spulenstromkonfigurationsschaltung 212 kann durch die Benutzerschnittstelle 205 Befehle von einem Benutzer empfangen. Ein Benutzer kann zum Beispiel einen Schnelllademodus oder einen normalen Lademodus wählen. Der Schnelllademodus und der normale Lademodus können zu verschiedenen Stromkonfigurationen führen. Bei einigen Ausführungsformen ist die Benutzerschnittstelle 205 optional.
Das Verbrauchsgerät 207 kann jede Art von elektrischem Gerät aufweisen, das einen Empfänger hat (z. B. einen Spulenempfänger) oder ein Gerät, das sich an einen Spulenempfänger anpassen kann, zum Beispiel die mobilen Geräte 104 und 106, das medizinische Gerät 108, das Ferngerät 110, ein Elektrofahrzeug, etc. Das Verbrauchsgerät 207 kann von der magnetischen Induktionsvorrichtung 101 durch verschiedene Lademodi geladen werden, zum Beispiel einen Mehrgerät-Lademodus, einen Einzelgerät-Lademodus, einen Schnelllademodus, einen normalen Lademodus, einen Volllademodus, etc. Verschiedene Lademodi gehören zu verschiedenen Spulenanordnungskonfigurationen und Spulenstromkonfigurationen (z. B. mehr Strom in einem Schnelllademodus, als in einem normalen Lademodus). Das Verbrauchsgerät 207 kann über die Benutzerschnittstelle 205 mit der magnetischen Induktionsvorrichtung 101 kommunizieren.
Die Stromquelle 209 kann mehrere Einheitsstromquellen aufweisen. Die Stromquelle 209 kann eine Wechselstromquelle sein, die Wechselstrom in die magnetische Induktionsvorrichtung 101 eingibt. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Stromquelle 209 eine Gleichstromquelle sein. Ein Stromwandler kann Gleichstrom in ein Wechselstromsignal zum Laden über eine Anordnung von Zellen 102 umwandeln. Die Stromquelle 209 kann mehrere Wandler aufweisen, zum Beispiel einen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler, einen Wechselstrom-Wechselstrom-Wandler, einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler, etc.
3 ist ein Flussdiagramm eines Flusses zum Laden eines oder mehrerer Verbrauchsgeräte durch eine magnetische Induktionsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Unter Bezug auf 3 ermittelt bei einer Operation 302 des Flusses 300 die magnetische Induktionsvorrichtung 101 ein oder mehrere Verbrauchsgeräte 207 durch verschiedene Sensoren 204. Bei einigen Ausführungsformen ermittelt zum Beispiel, wenn sich das Verbrauchsgerät 207 nahe genug an der magnetischen Induktionsvorrichtung 101 befindet, ein elektronischer Näherungssensor das Verbrauchsgerät 207. Bei einigen Ausführungsformen ermittelt ein elektromagnetischer Sensor den Strompegel und den Spulentyp des Verbrauchsgeräts 207. Bei einigen Ausführungsformen wird die Identität des Verbrauchsgeräts 207 ermittelt (zum Beispiel durch eine BLUETOOTH^® Schnittstelle oder durch Abfühlen der Eigenschaften des Verbrauchsgeräts 207). Bei einigen Ausführungsformen wird ein zu dem ermittelten Verbrauchsgerät 207 gehörendes Ladeprofil aus dem Speicher 210 extrahiert. Das Ladeprofil kann Informationen über das Verbrauchsgerät 207 enthalten, zum Beispiel einen vom Benutzer bevorzugten Lademodus, Ladepegel, Ladehistorie, Spulentyp, Ladezeit, etc. Die Operation 302 kann auch das Ausgeben ermittelter Informationen über das Verbrauchsgerät 207 durch die Benutzerschnittstelle 205 umfassen.
In einer Operation 304 kann ein Benutzer Befehle basierend auf den ermittelten Informationen des Verbrauchsgeräts 207 durch die Benutzerschnittstelle 205 eingeben. Ein Benutzer kann zum Beispiel die magnetische Induktionsvorrichtung 101 instruieren, einen Mehrgeräte-Lademodus zu betrieben, wobei ein mobiles Gerät instruiert wird, in einem Schnellademodus zu arbeiten, und ein medizinisches Gerät instruiert wird, in einem normalen Lademodus zu arbeiten, um zu verhindern, dass in dem medizinischen Gerät große Hitze durch die sekundäre Spule erzeugt wird. Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen empfängt der Prozessor 202 die Befehle vom Benutzer. Bei einigen Ausführungsformen wird das Laden ohne Benutzereingabe oder automatisch durchgeführt. Bei einigen Ausführungsformen ist die Operation 304 optional.
Bei einigen Ausführungsformen bestimmt der Prozessor 202 in einer Operation 306 eine Spulenanordnungsstromkonfiguration basierend auf einem Benutzerbefehl und/oder basierend auf ermittelten Informationen, die sich auf das Verbrauchsgerät 207 beziehen. Wenn der Benutzer zum Beispiel einen normalen Lademodus für ein medizinisches Gerät instruiert, können die Einheitsspulen 102, die dem Typ der sekundären Spulen entsprechen, dazu konfiguriert werden, an eine Schwachstromquelle gekoppelt zu werden. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Bestimmen einer Spulenanordnungsstromkonfiguration in der Operation 306 das Bestimmen, welche Einheitsspulen 102 den ermittelten Sekundärspulen entsprechen, und das Aktivieren der entsprechenden Einheitsspulen 102 durch Verbinden der Einheitsspulen 102 mit einer oder mehreren Stromquellen. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Bestimmen einer Spulenanordnungsstromkonfiguration das Bestimmen des Strompegels in jeder Schaltung, die durch eine oder mehrere Spulen gebildet wird.
Bei einigen Ausführungsformen sind die aktiven Einheitsspulen 102 dazu konfiguriert, basierend auf den ermittelten Informationen und/oder Benutzerbefehlen in einer Operation 308 ein Magnetfeld zu erzeugen. Bei einigen Ausführungsformen werden die Einheitsspulen 102 durch ein Paar von Spulen gebildet, die in unterschiedlicher Richtung angeordnet sind. Bei einigen Ausführungsformen ist jede Spule in den Einheitsspulen 102 dazu konfiguriert, einen Magnetvektor zu erzeugen. Somit erzeugen bei einigen Ausführungsformen die Einheitsspulen 102 wenigstens ein Paar von Magnetvektoren. Ein Einheitsmagnetvektor kann gemäß einer Addition des Paars von Magnetvektoren erzeugt werden. Der Einheitsmagnetvektor repräsentiert ein Einheitsmagnetfeld, das in einer Operation 310 bereitgestellt wird. Bei einigen Ausführungsformen weist jede Einheitsspule 102 nur eine Spule oder mehr als ein Paar von Spulen auf.
Bei einigen Ausführungsformen erzeugt die Kombination aller Einheitsspulen 102 ein Magnetfeld, das als Primärspulenmagnetfeld dient. Bei einigen Ausführungsformen sind die Einheitsspulen 102, wenn mehrere Verbrauchsgeräte 207 ermittelt werden, dazu konfiguriert, mehrere Primärspulenmagnetfelder zum Koppeln an die mehreren ermittelten Sekundärspulen in den mehreren Verbrauchsgeräten zu bilden. Bei einigen Ausführungsformen induziert das von den Einheitsspulen 102 erzeugte primäre Magnetfeld eine Spannung in der magnetisch gekoppelten Sekundärspule. Die induzierte Spannung kann verwendet werden, um das Verbrauchsgerät 207 zu laden.
Bei einigen Ausführungsformen werden ein oder mehrere Sensoren 204 verwendet, um das Verbrauchsgerät 207 während des Ladens in einer Operation 312 zu überwachen. Bei einigen Ausführungsformen ist die Operation 312 optional. Beispielsweise kann ein elektromagnetischer Sensor verwendet werden, um die induzierte Spannung in dem Verbrauchsgerät 207 zu überwachen (2), um ein Überhitzen des Geräts zu vermeiden, und um den Strompegel in dem Verbrauchsgerät 207 zu überwachen. Bei einigen Ausführungsformen wird der Strompegel des Verbrauchsgeräts 207 überwacht und dem Benutzer angezeigt.
Wenn der Strompegel einen gewünschten Pegel erreicht hat, werden bei einigen Ausführungsformen die Einheitsspulen 102 in einer Operation 314 von der Stromquelle 209 getrennt. Wenn der Strompegel den gewünschten Pegel erreicht hat, bleiben bei einigen Ausführungsformen die Einheitsspulen 102 noch mit der Stromquelle 209 verbunden und es wird in einen Standby-Modus eingetreten, um in dem Verbrauchsgerät 207 einen gewünschten Strompegel aufrecht zu erhalten. Bei einigen Ausführungsformen werden die Einheitsspulen basierend auf den überwachten Ergebnissen rekonfiguriert. Wenn zum Beispiel ein mobiles Gerät vollständig geladen ist, werden die Einheitsspulen mit einem neuen Strompegel für einen Standby-Modus rekonfiguriert. Bei einigen Ausführungsformen ist die magnetische Induktionsvorrichtung 101 eine doppelseitige Ladevorrichtung (d. h., die Verbrauchsgeräte 207 können auf beiden Seiten der Anordnung von Einheitsspulen 102 geladen werden), so dass die Einheitsspulen 102 einem oder mehreren Verbrauchsgeräten 207 entsprechen können. Bei einigen Ausführungsformen können, wenn bei der Überwachung festgestellt wird, dass ein erstes Gerät auf einer Seite der magnetischen Induktionsvorrichtung 101 vollständig geladen ist, die Einheitsspulen 102 rekonfiguriert werden, um sie mit anderen Einheitsspulen zu kombinieren und eine neue Primärspule zu bilden, um ein zweites Verbrauchsgerät auf der anderen Seite der magnetischen Induktionsvorrichtung 101 zu laden. Bei einigen Ausführungsformen kann der Fluss 300 beginnen, sobald ein neues Verbrauchsgerät 207 ermittelt wird.
4 zeigt ein drahtloses Ladesystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Unter Bezug auf 4 überträgt das drahtlose Ladesystem 400 Energie zwischen den Spulen 402, 404, 406, 408 und den Spulen 409a–j durch elektromagnetische Induktion. Bei einigen Ausführungsformen werden einzelne Spulen oder Spulensätze der Spulen 409a–j zum Betrieb gemäß den Eigenschaften der Spulen 402, 404, 406 und 408 ausgewählt. Bei einigen Ausführungsformen sind die Spulen 402, 404, 406, 408 Sekundärspulen in einem oder angepasst an ein entsprechendes Verbrauchsgerät 207. Die Spulen 409a–j sind Einheitsspulen oder Sätze von Einheitsspulen 102 in der Anordnung von Einheitsspulen (1). Das Steuersystem 112 kann verwendet werden, um die Einheitsspulen 409a–j zu steuern und zu konfigurieren. Obwohl vorstehend und nachstehend beschrieben ist, dass die Verbrauchsgeräte 207 herkömmliche Spulen haben, können sie auch Spulenstrukturen aufweisen, die ähnlich der Anordnung von Spulen 102 sind, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Bei einigen Ausführungsformen können die Verbrauchsgeräte 207 eine Anordnung von Spulen ähnlich den Spulen 102 haben, die zum Betrieb als Sekundärspule konfiguriert sind.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Spulen 409a–d parallel mit einer Stromquelle verbunden. Bei einigen Ausführungsformen sind die Spulen 409a–d mit verschiedenen Stromquellen 411a–d verbunden, was Flexibilität beim Formen der Feldstärke für die Spulen 402 und 404 ermöglicht. Das Auswählen geeigneter Spulen 409a–d und des an die Spulen 409a–d gelieferten Stroms ermöglicht effizienten Betrieb für die Spulen 402 und 404, weil nur die notwendigen Spulen 409a–j zum Betrieb ausgewählt werden. Bei einem anderen Beispiel wird die Spule 409h zum Betrieb mit der Spule 406 ausgewählt. Die Spulen 409e–g können stromlos bleiben, um Strom zu sparen.
Bei einigen Ausführungsformen sind die Spulen 409a–j in Reihe mit einer oder mehreren Stromquellen verbunden. Bei einigen Ausführungsformen sind die Spulen 409i–j zum Beispiel in Reihe geschaltet und nicht parallel. Bei einigen Ausführungsformen werden die Spulen 409i–j so ausgewählt, dass sie zu der Spule 408 passen. Bei einigen Ausführungsformen sind die Spulen 409i–j dazu konfiguriert, ein Magnetfeld zu erzeugen, um eine Spannung in der Spule 408 zu induzieren. Bei einigen Ausführungsformen wird das Feld so gewählt, dass es zur Kapazität der Spule 408 passt.
5 ist ein Diagramm einer Anordnung von Einheitsspulen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Unter Bezug auf 5 kann eine Anordnung 500 von Einheitsspulen 502 ähnlich einer Anordnung von Einheitsspulen 102 (1) sein. Jede Einheitsspule 502 kann ein Magnetfeld erzeugen und weist eine Spule 504 auf, die in einer ersten Richtung angeordnet ist, und eine Spule 506, die in einer zweiten Richtung angeordnet ist. Die erste Richtung unterscheidet sich von der zweiten Richtung. Durch separates Treiben der Spulen 504 und 506 kann bei einigen Ausführungsformen ein Magnetfeld in praktisch jeder Richtung erzeugt werden. Ein Stromfluss
in der Spule 504 (z. B. der horizontalen Spule) erzeugt ein horizontales Magnetfeld
. Ein Stromfluss
der Spule 506 (z. B. der vertikalen Spule) erzeugt ein vertikales Magnetfeld
. Eine Kombination der beiden Vektoren
und
kann das Magnetfeld H → erzeugen. Das Magnetfeld H → kann durch Variieren der Größen des vertikalen und horizontalen Magnetfelds gesteuert werden.
Bei einigen Ausführungsformen sind die Spulen 504 und 506 orthogonal, wie zum Beispiel eine vertikale Spule und eine horizontale Spule. Bei einigen Ausführungsformen befinden sich die Einheitsspulen 502 auf einer Leiterplatte. Bei einigen Ausführungsformen sind die Einheitsspulen 502 aus einem beliebigen leitenden Material hergestellt. Bei einigen Ausführungsformen sind die Spulen 504 und 506 Drahtspulen oder auf einer Kombination aus Leiterplatte (printed circuit board; PCB) und leitendem Material aufgebaut. Bei einigen Ausführungsformen sind einige der Einheitsspulen 502 in der Anordnung aus unterschiedlichen Materialien hergestellt oder haben eine andere geometrische Anordnung.
Eine oder mehrere Einheitsspulen 502 können ausgewählt werden, um ein kombiniertes Stromfeld und ein kombiniertes Magnetfeld zu bilden. Die Anordnung 500 von Einheitsspulen 502 kann dazu konfiguriert sein, eine oder mehrere Einheitsspulen 502 zu aktivieren und/oder zu deaktivieren. Bei einigen Ausführungsformen kann die Einheit 500 von Einheitsspulen 502 dazu konfiguriert sein, mehrere Magnetfelder gleichzeitig zu erzeugen. Jedes der Magnetfelder kann verwendet werden, um eine Spannung zum Laden des Verbrauchsgeräts 207 zu induzieren. Bei einigen Ausführungsformen ist die Anordnung von Einheitsspulen 502 dazu konfiguriert, sich mit einer beliebigen Art von Sekundärspulen in den Verbrauchsgeräten 207 zu verbinden. Bei einigen Ausführungsformen kann die konfigurierbare Anordnung 500 von Einheitsspulen 502 das Gerät in Bereich und Form effizient laden. Bei einigen Ausführungsformen befindet sich die Anordnung 50 von Einheitsspulen 502 in derselben Ebene (z. B. eine planare Anordnung) wie in 5 gezeigt ist. Bei einigen Ausführungsformen befindet sich die Anordnung 500 von Einheitsspulen 502 in mehreren Ebenen (z. B. eine 3D-Anordnung). Die Anordnung 500 von Einheitsspulen 502 befindet sich zum Beispiel in einem tragbaren Ladegerät.
6 ist ein Diagramm einer Einheitsspule in verschiedenen Ansichten gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Einheitsspule 600 die Einheitsspule 502 in der Anordnung 500 (5) oder die Einheitsspule 102 (1) sein. Bei einigen Ausführungsformen weist die Einheitsspule 600 eine Spule 604 und eine Spule 606 auf, die jeweils durch eine eigene Stromquelle gesteuert werden können. Die Einheitsspulen 600 können als Leiterplattenspulen konfiguriert sein, wobei Leiter von der Spule 604 durch die Spule 606 hindurchgehen und Leiter von der Spule 606 durch die Spule 604 hindurchgehen. Bei einigen Ausführungsformen sind Leiter auf einer oberen Fläche der Spule 604 senkrecht zu Leitern auf einer oberen Fläche der Spule 606. Bei einigen Ausführungsformen sind Leiter auf einer unteren Fläche der Spule 604 senkrecht zu Leitern auf einer unteren Fläche der Spule 606.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Kombination mehrerer Einheitsspulen 600 hohen Strom und ein kleines geometrisches Magnetfeld mit einem kleinen Formfaktor erzeugen, was einen Induktor mit sehr hohem Qualitätsfaktor und ein kleines geometrisches Magnetfeld ermöglicht. Bei einigen Ausführungsformen sind die Spulen 604 und 606 orthogonal, zum Beispiel eine vertikale Spule und eine horizontale Spule. Bei einigen Ausführungsformen sind die Spulen 604 und 606 auf einer Leiterplatte mit vier leitenden Schichten vorgesehen (z. B. befindet sich die Spule 604 auf den Schichten 1 und 3, die durch leitende Durchkontaktierungen verbunden sind, und die Spule 606 befindet sich auf den Schichten 2 und 4, die durch leitende Durchkontaktierungen verbunden sind).
7 ist ein Diagramm eines Magnetfelds, das durch eine Anordnung von Einheitsspulen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform erzeugt wird. Eine planare Anordnung 700 von Einheitsspulen 702 (ähnlich den Einheitsspulen 102, 502 und 600) ist dazu konfiguriert, rechtwinklige Ringe, wie zum Beispiel einen Ring 704, bereitzustellen. Jede ausgewählte Einheitsspule 702 ist mit einer Stromquelle verbunden und erzeugt ein Magnetfeld basierend auf einer gewünschten Konfiguration. Bei einigen Ausführungsformen weist das Magnetfeld vier rechtwinklige Leitungsmuster auf. Bei einigen Ausführungsformen sind die Leitungsmuster für bestimmte Arten und Anzahlen von Verbrauchsgeräten 207 konfiguriert. Durch Kombinieren aller Einheitsmagnetfelder in jedem Ring wird ein rechtwinkliger Vier-Ring-Pfad erzeugt. Die Einheitsspulen 702a können zum Beispiel dazu konfiguriert sein, ein Magnetfeld entsprechend einem vertikalen Abschnitt des Rings 704 durch Aktivieren einer der vertikalen Spule oder der horizontalen Spule (z. B. der horizontalen Spule) und Deaktivieren der anderen der vertikalen Spule oder der horizontalen Spule zu erzeugen. Die Einheitsspulen 702b können zum Beispiel dazu konfiguriert sein, ein Magnetfeld mit einer 45 Grad-Richtung durch Aktivieren von vertikalen und horizontalen Spulen zu erzeugen. Das 45-Grad-Magnetfeld kann erzeugt werden durch Konfigurieren der vertikalen Spule und der horizontalen Spule in den Einheitsspulen 702b, um zwei Magnetfelder mit derselben Amplitude zu erzeugen. Die Einheitsspulen 702c können zum Beispiel dazu konfiguriert sein, ein Magnetfeld entsprechend dem horizontalen Abschnitt des Rings 704 durch Aktivieren einer der vertikalen Spule oder der horizontalen Spule (z. B. der vertikalen Spule) und Deaktivieren der anderen der vertikalen Spule oder der horizontalen Spule zu erzeugen. Bei einigen Ausführungsformen werden mehrere Ringe oder Sätze von Ringen bereitgestellt, wobei jeder Satz oder Ring zum Laden eines bestimmten separaten Geräts dimensioniert ist.
8 ist ein Diagramm einer Anordnung von exzentrischen Einheitsspulen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Eine Anordnung 800 weist exzentrische Einheitsspulen 802 (z. B. ähnlich den Spulen 102, 502, 600 und 702) auf. Bei einigen Ausführungsformen weisen die Einheitsspulen 802 jeweils eine exzentrische Spule 804 und eine exzentrische Spule 806 auf. Jede der exzentrischen Spulen 804 und 806 weist einen Abschnitt 808 und einen Abschnitt 810 auf. Bei einigen Ausführungsformen sind die exzentrischen Spulen 804 und 806 in unterschiedlichen Richtungen und auf verschiedenen Ebenen angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen sind die Spulen 804 und 806 orthogonal (d. h. ein vertikales Paar exzentrischer Spulen und ein horizontales Paar exzentrischer Spulen). Bei einigen Ausführungsformen sind die Spulen 804 und 806 dazu angeordnet, einen Magnetfeldvektor in unterschiedlichen Richtungen zueinander bereitzustellen. Bei einigen Ausführungsformen sind die Spulen 804 und 806 exzentrische Dipol-Wendeln.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen sind die exzentrischen Spulen 804 und 806 auf einer Leiterplatte angeordnet. Die exzentrische Spule 804 befindet sich auf einer leitenden Schicht der Leiterplatte und die andere exzentrische Spule 806 befindet sich auf einer anderen leitenden Schicht der Leiterplatte. Jede der exzentrischen Spulen 804 und 806 kann individuell konfiguriert sein, um ein Magnetfeld zu erzeugen.
Bei einigen Ausführungsformen ist jeder der Abschnitte 808 und 810 symmetrisch oder nahezu symmetrisch und hat ein exzentrisches Muster. Bei einigen Ausführungsformen sind die Abschnitte 808 und 810 nicht symmetrisch. Bei einigen Ausführungsformen sind die Abschnitt 808 und 810 durch einen oder mehrere Leiter miteinander verbunden. Bei einigen Ausführungsformen befindet sich der Abschnitt 808 auf einem Leiterplattensubstrat und der Abschnitt 810 befindet sich auf demselben Leiterplattensubstrat. Bei einigen Ausführungsformen sind die Abschnitte 808 und 810 durch einen oder mehrere Leiter in einem Bereich zwischen den Abschnitten 808 und 810 verbunden, um die exzentrische Spule 804 oder 806 zu bilden. Bei einigen Ausführungsformen befinden sich die konzentrierten Teile in beiden Abschnitten 808 und 810 nahe einer Symmetrielinie 816 zwischen den Abschnitten 808 und 810. Die Symmetrielinie 816 ist für die Spule 804 zwischen dem Abschnitt 808 und dem Abschnitte 810 gezeigt. Bei einigen Ausführungsformen haben die Abschnitte 808 und 810 auch ein symmetrisches Strommuster, weil sie durch wenigstens einen Leiter verbunden sind, und haben dieselbe Stromrichtung. Zum Beispiel hat der Abschnitt 808 auf einer Seite der Symmetrielinie 816 ein Strommuster im Uhrzeigersinn, und der Abschnitt 810 hat auf der anderen Seite der Symmetrielinie 816 ein Strommuster entgegen dem Uhrzeigersinn. Somit hat der Mittelteil der Kombination der Abschnitte 808 und 810 eine Stromrichtung. Die konzentrierte Mittelstruktur ermöglicht, dass mehr Strom durch die mittigen Leiter geht, um den negativen Effekt aufgrund entgegengesetzter Ströme zu reduzieren. Bei einigen Ausführungsformen tragen die äußeren weniger konzentrierten Teile der Abschnitte 806 und 810 weniger zur Feldstärke bei, als die konzentrierten Mittelabschnitte. Im Vergleich zu herkömmlichen Spulen kann diese paarweise exzentrische Spulenanordnung ein stärkeres Magnetfeld bereitstellen.
9 ist ein Diagramm von zwei Paaren rechtwinkliger exzentrischer Spulen mit unterschiedlicher Struktur. Unter Bezug auf 9 wird eine rechtwinklige exzentrische Spule 902 durch zwei rechtwinklige exzentrische Abschnitte 906 und 908 gebildet. Die Spule 902 ist ähnlich den Spulen 804 und 806 (8). Die Abschnitte 906 und 908 können durch einen oder mehrere Leiter verbunden und symmetrisch angeordnet sein, wobei sich die konzentrierten Teile nahe einer Symmetriemittellinie 905 befinden. Diese konzentrierte Mittelstruktur kann ein mittiges konzentriertes Stromfeld erzeugen, das des Weiteren ein mittiges konzentriertes Magnetfeld erzeugen kann. Diese konzentrierte Mittelstruktur kann auch einen negativen Effekt aufgrund entgegengesetzter Stromrichtungen in der rechtwinkligen Spule reduzieren. Somit kann bei einigen Ausführungsformen im Vergleich mit herkömmlichen Spulen das mittige konzentrierte Magnetfeld viel stärker sein. Bei einigen Ausführungsformen haben die rechtwinkligen exzentrischen Spulen im Vergleich zu den herkömmlichen Spulen geringere Größe.
Eine rechtwinklige exzentrische Spule 904 ist ähnlich der Spule 902 und hat gemäß einer beispielhaften Ausführungsform eine Struktur, die vorteilhaft ist. Bei einigen Ausführungsformen befinden sich mehr leitende Teile (z. B. längere Leitungen) der Abschnitte 910 und 912 der rechtwinkligen exzentrischen Spule 904 nahe der Symmetrielinie 905. Bei einigen Ausführungsformen kann diese Struktur mehr Strom konzentrieren, der durch die mittigen Leiter der exzentrischen Spule 904 hindurchgeht, und der des Weiteren ein stärkeres Magnetfeld erzeugen kann. Bei einigen Ausführungsformen haben beide rechtwinkligen exzentrischen Spulen 902 und 904 eine Größe von 20 mm × 20 mm. Bei einigen Ausführungsformen verwenden die kleineren Spulen höhere Frequenz zum Übertragen von Energie. Somit kann bei einigen Ausführungsformen ein Paar kleiner exzentrischer Spulen 902 oder 904 hocheffiziente Energieübertragung im Vergleich zu herkömmlichen Spulen bereitstellen. Bei einigen Ausführungsformen können sich die Spulen 902 und 904 auf einer Zweischicht-Leiterplatte befinden.
10 ist ein Diagramm einer Anordnung rechtwinkliger exzentrischer Einheitsspulen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Unter Bezug auf 10 kann eine Anordnung 1000 rechtwinkliger exzentrischer Einheitsspulen 1002 dazu konfiguriert sein, ein oder mehrere Magnetfelder zu erzeugen, und diese Magnetfelder können eine oder mehrere Spannungen in einem oder mehreren Verbrauchsgeräten 207 induzieren. Die rechtwinkligen exzentrischen Einheitsspulen 1002 können ähnlich den Spulen 102, 502, 600, 702 und 802 sein. Bei einigen Ausführungsformen befindet sich die Anordnung 1000 rechtwinkliger exzentrischer Einheitsspulen 1002 in einer einzigen Ebene, wie in 10 gezeigt ist. Bei einigen Ausführungsformen befindet sich die Anordnung 1000 rechtwinkliger exzentrischer Einheitsspulen 1002 in mehreren Ebenen.
Bei einigen Ausführungsformen weist jede der rechtwinkligen exzentrischen Einheitsspulen 1002 zwei rechtwinklige exzentrische Spulen 902 auf. Die beiden rechtwinkligen exzentrischen Spulen 902 sind in unterschiedlicher Richtung angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen ist eine dazu angeordnet, ein Feld in vertikaler Richtung bereitzustellen, und die andere ist dazu angeordnet, ein Feld in horizontaler Richtung bereitzustellen. Bei einigen Ausführungsformen befinden sich die rechtwinkligen exzentrischen Einheitsspulen 1002 auf einer Leiterplatte. Eine rechtwinklige exzentrische Spule 902 befindet sich auf einer leitenden Schicht der Leiterplatte und die andere rechtwinklige exzentrische Spule 902 befindet sich auf einer anderen leitenden Schicht der Leiterplatte. Bei einigen Ausführungsformen befinden sich die rechtwinkligen exzentrischen Spulen 1002 auf einer doppelseitigen Leiterplatte. Bei einigen Ausführungsformen weisen die rechtwinkligen exzentrischen Einheitsspulen 1002 zwei rechtwinklige exzentrische Einheitsspulen 904 auf.
11 ist eine Darstellung des von einer Anordnung rechtwinkliger exzentrischer Einheitsspulen erzeugten Magnetfelds. Unter Bezug auf 11 weist bei einigen Ausführungsformen eine Anordnung 1100 rechtwinkliger exzentrischer Einheitsspulen 1102 mehrfache rechtwinklige exzentrische Einheitsspulen auf (z. B. ein Paar von Spulen 904 oder Spulen 902 (9)). Jede exzentrische Spule in der Einheit rechtwinkliger exzentrischer Einheitsspulen 1102 kann dazu konfiguriert sein, ein Magnetfeld zu erzeugen. Die Größe des erzeugten Magnetfelds kann durch die Stromquelle gesteuert werden. Eine umfangreiche Stromversorgung oder ein starker Strom, der von der Stromversorgung geliefert wird, kann zum Beispiel ein starkes Magnetfeld erzeugen. Ein Einheitsmagnetfeld kann durch Kombinieren der beiden von den exzentrischen Spulen erzeugten Magnetfelder gebildet werden. Die Richtung des Einheitsmagnetfelds kann durch Variieren der Größe der beiden Magnetfelder gesteuert werden. Jede der rechtwinkligen exzentrischen Einheitsspulen 1002 kann dazu konfiguriert sein, ein Magnetfeld zu bilden. Zum Beispiel erzeugt die Einheit 1002a ein Magnetfeld 1004 um eine 45 Grad-Achse. Die Einheit 1002b erzeugt zum Beispiel ein Magnetfeld 1006 um eine Achse in vertikaler Richtung (der H-Vektor ist z. B. horizontal). Die Einheit 1002c erzeugt zum Beispiel ein Magnetfeld 1010 um eine Achse in horizontaler Richtung (der H-Vektor ist z. B. vertikal). Die Anordnung von Einheitsspulen 1100 kann dazu konfiguriert sein, die benachbarten Magnetfelder zu verbinden (zum Beispiel die von den Einheitsspulen 1002a und 1002b erzeugten Magnetfelder). Die verbundenen Magnetfelder können einen oder mehrere Ringe 1012 bilden, wie in 11 gezeigt ist. Der eine oder die mehreren Ringe können als primäres Magnetfeld dienen, um eine Spannung in einem Verbrauchsgerät zu induzieren. Wie gezeigt ist, erstreckt sich das Magnetfeld von der Oberfläche der Anordnung, um mit dem Verbrauchsgerät 207 verbunden zu werden (2). Bei einigen Ausführungsformen erstreckt sich das Magnetfeld konzentriert von der Anordnung 1100 und kann Feldformen erreichen, die zu einer U-förmigen Magnetspule gehören.
12 ist ein Diagramm exzentrischer Doppelschicht-Spulen. Unter Bezug auf 12 kann eine exzentrische Doppelschicht-Spule 1200 als Einzelspule in exzentrischen Einheitsspulen 802 verwendet werden (zum Beispiel können die exzentrischen Einheitsspulen 802 zwei exzentrische Doppelschicht-Spulen 1200 aufweisen, die in unterschiedlicher Richtung angeordnet sind). Gemäß einigen Ausführungsformen weisen die exzentrischen Doppelschicht-Spulen 1200 zwei exzentrische Spulen 1202 und 1204 auf. Bei einigen Ausführungsformen befindet sich die exzentrische Spule 1202 auf einer leitenden Schicht einer Leiterplatte und die exzentrische Spule 1204 befindet sich auf einer anderen leitenden Schicht der Leiterplatte. Die exzentrischen Spulen 1202 und 1204 haben jeweils zwei Abschnitte, die symmetrisch angeordnet sind und durch einen oder mehrere Leiter miteinander verbunden sind. Diese Struktur ermöglicht, dass Ströme nahe einer Symmetrielinie 1206 hochkonzentriert sind, was des Weiteren ein starkes Magnetfeld erzeugt. Die exzentrischen Spulen können beliebige Form haben. Bei einigen Ausführungsformen haben die exzentrischen Doppelschicht-Spulen 1200 kleine Abmessungen. Bei einigen Ausführungsformen ist eine Einheit exzentrischer Spulen aus zwei orthogonalen exzentrischen Doppelschicht-Spulen aufgebaut. Bei einigen Ausführungsformen weisen die exzentrischen Spulen 1200 eine exzentrische Spule mit drei Schichten oder mehr auf.
Die vorliegende Offenbarung betrachtet Verfahren, Systeme und Programmerzeugnisse auf einem beliebigen maschinenlesbaren Speichermedium zum Durchführen der Operationen. Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können unter Verwendung von Schaltungen, zum Beispiel Verarbeitungsschaltungen (z. B. einem existierenden Prozessor oder einem für diesen oder einen anderen Zweck hergestellten Spezialprozessor) implementiert werden.
Es ist selbstverständlich, dass die oben beschriebenen Systeme mehrere einer oder aller Komponenten bereitstellen können, und dass diese Komponenten auf einer integrierten Schaltung oder, bei einigen Ausführungsformen, auf mehreren Schaltungen, Leiterplatten oder diskreten Komponenten bereitgestellt werden können. Außerdem können die oben beschriebenen Systeme und Verfahren für verschiedene Systemparameter und Gestaltungskriterien, wie zum Beispiel die Form der Spulen, Spulenschichten, etc., angepasst werden. Obwohl in den Zeichnungen bestimmte Komponenten direkt miteinander verbunden dargestellt sind, ist eine direkte Verbindung nicht in einschränkender Weise, sondern nur beispielhaft gezeigt. Alternative Ausführungsformen enthalten Schaltungen mit indirekter Verbindung zwischen den gezeigten Komponenten.
Es wird angemerkt, dass, obwohl die vorliegenden Flussdiagramme eine bestimmte Reihenfolge der Verfahrensschritte zeigen, die Reihenfolge dieser Schritte selbstverständlich von dem Dargestellten abweichen kann. Auch können zwei oder mehr Schritte gleichzeitig oder teilweise gleichzeitig durchgeführt werden. Eine solche Änderung hängt von den gewählten Software- und Hardwaresystemen und von der Wahl des Gestalters ab.

Claims

Verfahren zum Laden eines Geräts, das umfasst: Konfigurieren einer Anordnung von Einheitsspulen; und Bereitstellen eines Magnetfelds über die Anordnung von Einheitsspulen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Einheitsspulen eine Spule erster Richtung aufweisen, die in einer ersten Richtung angeordnet ist, und eine Spule zweiter Richtung, die in einer zweiten Richtung angeordnet ist, wobei sich die erste und die zweite Richtung voneinander unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 2 wobei die erste Richtung vertikal ist und die zweite Richtung horizontal.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei sich die Spule erster Richtung auf einem Leiterplatten-Substrat befindet und die Spule zweiter Richtung auf dem Leiterplatten-Substrat befindet, wobei die Spule erster Richtung wenigstens einen Leiter aufweist, der durch die Spule zweiter Richtung bereitgestellt wird, und die Spule zweiter Richtung wenigstens einen Leiter aufweist, der durch die Spule erster Richtung bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei jede Einheitsspule eine Leiterplatten-Spule aufweist, die in planarer exzentrischer Form ausgelegt ist, wodurch eine negative Wirkung aufgrund entgegengesetzter Ströme reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Anordnung für einen Mehrgerät-Lademodus oder einen Einzelgerät-Lademodus konfiguriert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Anordnung durch Abfühlen des Typs eines mobilen Geräts automatisch konfiguriert wird.
Magnetische Induktionsvorrichtung, die aufweist: eine Anordnung von Einheitsspulen, die dazu ausgelegt ist, separat an eine Stromquelle anzukoppeln, und wobei die Anordnung dazu konfigurierbar ist, zwei oder mehr Ringleitungen bereitzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Vorrichtung ein Ladegerät ist.
Magnetische Induktionsvorrichtung, die aufweist: eine Anordnung von Einheitszellen, wobei jede Zelle aus zwei exzentrischen Spulen besteht.