ES1109981U - Celda inductiva para alimentación de aparatos eléctricos y/o carga de baterías recargables - Google Patents

Abstract

1. Celda inductiva (1) para alimentación de aparatos eléctricos y/o carga de baterías recargables (100) que se caracteriza porque comprende una etapa de inducción (11), una etapa de resonancia (12), una etapa de rectificación (13), una etapa estabilizadora de tensión (14) y una etapa de regulación de tensión (15) estando dichos elementos conectados secuencialmente. 2. Celda inductiva (1) de acuerdo con la reivindicación 1 donde la etapa de inducción (11) es una bobina configurada para la recepción de la energía transmitida por un panel inductor externo y generar un movimiento de cargas que, a su vez, origina la corriente eléctrica inducida. 3. Celda inductiva (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2 donde la etapa de resonancia (12) está dispuesta a continuación del elemento inductor (11) y está compuesta por un condensador (CR) calculado para entrar en resonancia con el elemento inductor (11), a la frecuencia de operación de un panel inductor externo. 4. Celda inductiva (1) de acuerdo con la reivindicación 3 donde la frecuencia de operación del panel inductor externo es de 100KHz. 5. Celda inductiva (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 donde a continuación de la etapa resonante (12), en paralelo, está la etapa de rectificación (13) que se compone de una rectificación de media onda mediante un diodo (DR). 6. Celda inductiva (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 donde la etapa estabilizadora de tensión (14) comprende un condensador (CE) de tipo electrolítico y un diodo Zener (DZE) configurados para generar una tensión continua y estable. 7. Celda inductiva (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 donde la etapa reguladora de tensión (15) está compuesta por resistencia (R), un segundo diodo Zener (Dzr) y transistor BJT tipo NPN (Q) configurados para determinar la tensión nominal final de la celda inductiva. 8. Celda inductiva (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 donde la tensión nominal de la batería recargable (100) está en un margen máximo de desviación de un 20% respecto del valor de la tensión nominal de la celda inductiva (1) en la que se aloje. 9. Celda inductiva (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 donde la celda inductiva comprende una carcasa (101) con un cilindro truncado parcial o totalmente por un plano paralelo a su eje longitudinal a modo de tapa (105). 10. Celda inductiva (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 donde la celda inductiva comprende una carcasa tipo botón (103) o tipo petaca (104). 11. Celda inductiva (1) de acuerdo con la reivindicación 9 en donde la tapa (105) es fija. 12. Celda inductiva (1) de acuerdo con la reivindicación 9 en donde la tapa (105) es móvil.

Description

Celda inductiva para alimentación de aparatos eléctricos y/o carga de baterías recargables

El objeto de la presente invención es una celda inductiva para alimentación de aparatos eléctricos y/o carga de baterías recargables que presenta una bobina que, en presencia de un inductor externo genera el movimiento de cargas que servirá para alimentar o cargar el aparato eléctrico donde esté alojada.

Estado de la técnica

Una celda, pila o batería inductiva podría definirse como una variedad de pila o batería eléctrica, aunque estrictamente no es un dispositivo acumulador de carga. Sin embargo, como las baterías, sí que se trata de un dispositivo portátil de alimentación de aparatos eléctricos.

La recarga inalámbrica (también conocida como recarga inductiva) es la transferencia de energía desde una base o plataforma emisora a través de una alteración variable y normalmente ondulatoria del campo electromagnético en las proximidades de las máquinas de recepción, haciendo que el dispositivo se cargue. En el mercado se encuentran bases sobre cuya superficie se colocan dispositivos, que de esta manera se recargan eléctricamente. Esta idea fue desarrollada por primera vez por una empresa llamada HALOIPT (http://www.haloipt.com) actualmente integrada en Qualcomm®, con un concepto llamado Transferencia Inductiva de Energía (en inglés Inductive Power Transfer - IPT).

Así, por ejemplo, la compañía MOTOROLA® en su documento ES 2 396 970 T3 donde se describe un método que incluye los pasos de suministrar una corriente de carga a una batería, detectar la corriente de carga a la batería y señalar selectivamente un dispositivo electrónico desde la batería para indicar al menos un parámetro de la batería según la batería está recibiendo la corriente de carga. Como ejemplo, la corriente de carga puede ser de un cargador inalámbrico. Además, el parámetro puede ser un estado de carga de la batería o un umbral de corriente predeterminado de la corriente de carga.

Descripción de la invención

Es un objeto de la presente invención proporcionar una celda inductiva que, a diferencia de una pila convencional, no se gaste y pueda operar indefinidamente mientras que su trabajo se desarrolle en condiciones ambientales adecuadas, es decir, unas condiciones que no extremas, y definidas por los componentes electrónicos empleados en cada realización particular.

La celda inductiva que conforma la presente invención se basa en el conocido principio de la transferencia de energía por inducción electromagnética. En términos prácticos es equivalente al funcionamiento de un transformador en el que el entrehierro fuese aire. Por ello, en cada transferencia de energía por inducción deben

establecerse dos circuitos diferentes denominados “inductor” e “inducido”. Cuando por el circuito inductor, que es

normalmente un bobinado hecho con espiras de cobre aisladas mediante un baño de pintura aislante, circula una corriente alterna de una determinada frecuencia e intensidad, se genera en las proximidades un flujo de campo magnético variable. Si en esas proximidades se coloca otro bobinado semejante, comienza en este segundo bobinado un movimiento inducido de carga eléctrica. Por ello, a este bobinado se le denomina inducido, y la corriente generada por el desplazamiento de las citadas cargas recibirá el nombre de corriente inducida. Si utilizamos dicha corriente para alimentar un circuito secundario se está cediendo energía. Esta energía procede del circuito inductor, pero la transferencia se ha realizado de forma inalámbrica.

Por tanto, para que una celda inductiva funcione correctamente, su bobinado interno debe estar en presencia de un campo magnético variable concreto, generado por otro bobinado alojado en un elemento externo, o panel inductor. Así pues, un mismo panel inductor puede alimentar de forma simultánea o alternativamente diferentes celdas inductivas. Para ello bastará con colocar la celda inductiva en las proximidades del panel inductor. Entonces, dicha celda inductiva también proporcionará alimentación al aparato donde esté colocada.

Por otro lado, la celda inductiva dispone de un receptáculo para alojar, a su vez, a una batería recargable. En el caso de que una batería recargable esté insertada en la celda inductiva, se carga de forma automática e inalámbrica cuando ésta se apoye o aproxime al panel inductor. De esta forma se evita el empleo de un cargador de batería, ya que el proceso de recarga se produce por el sólo hecho de colocar la celda inductiva en las cercanías del panel inductor, incluso sin sacar la celda del aparato al que alimenta.

Así pues, su uso se considera relevante en todos aquellos dispositivos eléctricos que reposen normalmente sobre una base o en aquellos cuyo funcionamiento se produzca siempre paralelamente a una plataforma, siendo tal base o tal plataforma susceptibles de ser adaptadas para incorporar inductores cerca de su superficie.

Más concretamente la celda inductiva comprende una carcasa, con “tapa fija o móvil”, para alojamiento de: una batería recargable opcional, una bobina receptora de energía, y un circuito eléctrico responsable del “control y regulación” tanto de la carga de la batería recargable como de la tensión nominal de la propia celda inductiva.

Así pues, la celda inductiva, al estar formada básicamente por un sencillo circuito electrónico asociado a un bobinado de cobre y no incorporar componentes químicos nocivos, la invención no puede considerarse como un riesgo contaminante. En el caso de rotura o avería, las celdas inductivas podrían tirarse a la basura sin ninguna precaución sanitaria aconsejable, puesto que no se relata ninguna toxicidad asociada en ellas, como si es el caso de las pilas y baterías convencionales.

Por otro lado, es un requisito que las baterías o celdas inductivas sean compatibles con los empleos de las baterías convencionales, por lo que tienen igualmente dos polos (positivo y negativo). No obstante, en las celdas inductivas no hay riesgo alguno de cortocircuito en su manipulación o transporte debido a que el movimiento de cargas eléctricas sólo se produce en presencia del inductor.

Una celda inductiva, para operar correctamente, debe estar en las proximidades del elemento inductor asociado. La distancia a la que puede separarse del elemento inductor es específica de cada modelo y realización particular. Además, el margen de distancia de operación típico entre una celda y su panel inductor permite a la celda permanecer dentro del aparato al que alimenta incluso en los procesos de operatividad y recarga.

En el caso de que la celda incorpore una batería recargable, la celda inductiva mantendrá la posibilidad de ser cargada en un dispositivo de carga de baterías convencional, siempre que se pretenda operar con ella posteriormente fuera del alcance de un panel inductor. De esta manera, la celda inductiva se comporta como una batería recargable de similares características a su batería huésped, pero con la ventaja adicional de poder ser cargada también de forma inalámbrica en las cercanías de un panel inductor. En todo caso, es un objeto de la invención que la celda inductiva sea utilizable como un dispositivo inalámbrico de carga de baterías.

A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que restrinjan la presente invención. Además, la presente invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aquí indicadas.

Breve descripción de las figuras

A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.

La FIG.1 muestra un esquema eléctrico de la celda de inducción que conforma la presente invención, en donde, en la FIG. 1A se muestra el esquema de una primera realización preferida de la invención; mientras que la FIG. 1B muestra una vista de una celda de inducción en paralelo con una batería recargable opcional.

La FIG.2 muestra una vista explosionada de la celda de inducción y de una batería recargable que conforman la presente invención.

La FIG.3 muestra una segunda vista explosionada de la celda y batería mostradas en la figura 2.

La FIG.4 muestra una vista explosionada de la celda de la invención aplicada sobre una pila de tipo botón.

La FIG.5 muestra una vista explosionada de la celda de la invención aplicada sobre una pila de tipo petaca de 9V.

Explicación detallada de un modo de realización de la invención

En las figuras adjuntas se muestra una realización particular de la invención. Tal y como se muestra en la figura 1, la celda de inducción (1) está conformada por una etapa de inducción (11), una etapa de resonancia (12), una etapa de rectificación (13), una etapa estabilizadora de tensión (14), una etapa de regulación de tensión (15), conectadas secuencialmente; y, donde opcionalmente incorpora una batería recargable (100).

La etapa de inducción (11) está configurada por una bobina de forma y características específicas para cada modelo concreto o realización particular donde se aplica la invención. Así los bucles del bobinado pueden ser circulares, rectangulares o poligonales en general, y dichos bucles pueden estar dispuestos bien sobre un mismo plano o bien distribuidos en diferentes planos. El diámetro de su hilo conductor esmaltado será también específico de cada modelo.

Esta bobina es la responsable de la recepción de la energía transmitida por un panel inductor externo y no mostrado en las figuras adjuntas. Es en la bobina donde se genera un movimiento de cargas que, a su vez, origina la corriente eléctrica inducida que alimenta el circuito.

La etapa de resonancia (12) dispuesta a continuación de la de inducción (11) está configurada por un condensador (CR) ajustado para entrar en resonancia con la bobina de la etapa anterior de inducción (11), a la frecuencia de operación del panel inductor. Este condensador (CR) es fundamental para determinar la eficacia de la recepción de energía por inducción. Las celdas inductivas están diseñadas, a priori, para un rendimiento óptimo en las proximidades de los paneles inductores con una frecuencia de operación aproximada de 100KHz.

A continuación de la etapa de resonancia (12), en paralelo, está la etapa de rectificación (13) que se compone de una rectificación de media onda mediante un diodo (DR). Si bien la rectificación de media onda tiene un aprovechamiento menor de la energía inducida, también provoca una caída de potencial menor hacia la etapa estabilizadora (14), que está configurada para generar una tensión continua y estable en base a un condensador (CE) de tipo electrolítico y un diodo Zener (DZE) que serán seleccionados para cada realización particular de cada batería inductiva.

Finalmente la etapa reguladora de tensión (15) determina la tensión nominal final de la celda inductiva, y estará compuesta por resistencia (R), un segundo diodo Zener (DZr) y transistor BJT tipo NPN (Q) con valores específicos de cada modelo.

Opcionalmente la batería recargable (100) debe ser de un valor nominal adecuado a la tensión nominal de la celda inductiva. Es recomendable que la tensión nominal de la batería recargable esté en un margen máximo de desviación de un 20% respecto del valor de la tensión nominal de la celda inductiva en la que se aloje.

Formalmente, la celda inductiva comprende una carcasa (101) en el caso de su diseño preferido, con un cilindro truncado parcial o totalmente por un plano paralelo a su eje longitudinal (que normalmente, hará las veces de tapa (105) fija o móvil), a diferencia de la forma completamente cilíndrica que adoptan la mayoría de las pilas normales, tal y como se observa en las figuras 2 y 3.

De esta forma encaja en la mayoría de los receptáculos de los aparatos eléctricos destinados a alojar las citadas pilas convencionales, pero presentando una cara visible plana (102) que aconseja la posición concreta más adecuada dentro de dichos recintos. Tengamos en cuenta que las pilas convencionales más utilizadas son cilíndricas (AA, AAA, C, D, N) aunque en este modelo novedoso de celda inductiva (1) también se incluyen

carcasas con las formas de “petaca” (104), y las de “botón” (103), como se muestra en las figuras 5 y 4

respectivamente.

La celda inductiva está básicamente compuesta por una carcasa (101,103,104) con dos polos eléctricos (que emulará a un modelo determinado en cada caso de pila convencional), en cuyo interior se alojará un sistema de absorción inalámbrica de energía por inducción electromagnética. Este sistema estará compuesto a su vez por una placa de circuito electrónico (12,13,14,15) que conforman el circuito descrito en la figura 1, así como una bobina de cobre (11) como elementos principales que conforman el circuito electrónico de la celda (1) objeto de la invención.

La electrónica empleada será diseñada de forma que proporcione un rango de tensión de salida compatible con el rango de tensión de salida del modelo de batería convencional a emular en cada caso. De esta forma la celda inductiva (1), en presencia de un panel inductor, se comportará como la batería convencional en liza, y alimentará al dispositivo eléctrico donde se haya alojado.

El conjunto así formado por carcasa (101,103,104), bobina (11) y circuito (12,13,14,15) conforma el objeto principal de este dispositivo, que por ello se denomina celda inductiva (1) tal y como se muestra en la figura 1. Este citado conjunto así descrito, en las proximidades de un panel inductor será equivalente a una batería o celda.

Para que su efectividad se amplíe fuera de las proximidades de un panel inductor, tendrá la posibilidad de alojar una batería recargable (100), que se recargará, bien gracias a la funcionalidad de circuito de recarga que también está implementada en el propio circuito electrónico multifunción de la celda inductiva, o bien de forma convencional dentro de un cargador de baterías al uso.

Claims (3)

1. REIVINDICACIONES

   1 – Celda inductiva (1) para alimentación de aparatos eléctricos y/o carga de baterías recargables (100) que se caracteriza porque comprende una etapa de inducción (11), una etapa de resonancia (12), una etapa de rectificación (13), una etapa estabilizadora de tensión (14) y una etapa de regulación de tensión (15) estando dichos elementos conectados secuencialmente.

   2 – Celda inductiva (1) de acuerdo con la reivindicación 1 donde la etapa de inducción (11) es una bobina configurada para la recepción de la energía transmitida por un panel inductor externo y generar un movimiento de cargas que, a su vez, origina la corriente eléctrica inducida.

   3 - Celda inductiva (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2 donde la etapa de resonancia (12) está dispuesta a continuación del elemento inductor (11) y está compuesta por un condensador (CR) calculado para entrar en resonancia con el elemento inductor (11), a la frecuencia de operación de un panel inductor externo.

   4 – Celda inductiva (1) de acuerdo con la reivindicación 3 donde la frecuencia de operación del panel inductor externo es de 100KHz.

   5 - Celda inductiva (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 donde a continuación de la etapa resonante (12), en paralelo, está la etapa de rectificación (13) que se compone de una rectificación de media onda mediante un diodo (DR).

   6 - Celda inductiva (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 donde la etapa estabilizadora de tensión (14) comprende un condensador (CE) de tipo electrolítico y un diodo Zener (DZE) configurados para generar una tensión continua y estable.

   7- Celda inductiva (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 donde la etapa reguladora de tensión (15) está compuesta por resistencia (R), un segundo diodo Zener (DZr) y transistor BJT tipo NPN (Q) configurados para determinar la tensión nominal final de la celda inductiva.

   8 - Celda inductiva (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 donde la tensión nominal de la batería recargable (100) está en un margen máximo de desviación de un 20% respecto del valor de la tensión nominal de la celda inductiva (1) en la que se aloje.

   9 - Celda inductiva (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 donde la celda inductiva comprende una carcasa (101) con un cilindro truncado parcial o totalmente por un plano paralelo a su eje longitudinal a modo de tapa (105).

   10 - Celda inductiva (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 donde la celda inductiva comprende una carcasa tipo botón (103) o tipo petaca (104).
2. 11.- Celda inductiva (1) de acuerdo con la reivindicación 9 en donde la tapa (105) es fija.
3. 12.- Celda inductiva (1) de acuerdo con la reivindicación 9 en donde la tapa (105) es móvil.