ES2353569T3 - Método y sistema para transmitir inductivamente energía e información. - Google Patents
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Abstract
Un método de transmitir inductivamente energía e información entre un transmisor (1) de energía que comprende un inductor primario (2) y un receptor (13) de energía que comprende un inductor secundario, en el que la energía es transmitida desde el transmisor (1) de energía al receptor (13) de energía aplicando una tensión alterna al inductor primario (2) para generar una corriente alterna primaria en el inductor primario (2), induciendo por ello una corriente alterna secundaria en el inductor secundario (14), caracterizado porque la información es transmitida desde el transmisor (1) de energía al receptor (13) de energía solo en una primera sección dedicada del ciclo de la tensión alterna variando la amplitud de la tensión alterna; y la información es transmitida desde el receptor (13) de energía al transmisor (1) de energía solo en una segunda sección dedicada del ciclo variando la absorción de potencia del inductor secundario (14), no solapándose la segunda sección con la primera sección.
Description
Antecedentes del invento
El presente invento se refiere a un método de transmitir inductivamente energía e información entre un transmisor de energía que comprende un inductor primario y un receptor de energía que comprende un inductor secundario, en el que la energía es transmitida desde el transmisor de energía al receptor de energía por aplicación de una tensión alterna al inductor primario para generar una corriente alterna primaria en el inductor primario, induciendo por ello una corriente alterna secundaria en el inductor secundario. El invento también se refiere a un transmisor de energía que comprende un inductor primario que puede ser acoplado inductivamente a un inductor secundario del receptor de energía para transmitir energía inductivamente al receptor de energía y recibir información desde el receptor de energía, comprendiendo el transmisor de energía medios para aplicar una tensión alterna al inductor primario para generar una corriente alterna primaria en el inductor primario de modo que la corriente alterna primaria puede inducir una corriente alterna secundaria en el inductor secundario, en el que los medios para aplicar una tensión alterna al inductor primario comprenden medios para aplicar una tensión positiva a través del inductor primario y medios para aplicar una tensión negativa a través del inductor primario. El invento se refiere además a un receptor de energía que comprende un inductor secundario que puede estar acoplado inductivamente a un inductor primario del transmisor de energía para recibir inductivamente energía e información desde el receptor de energía, comprendiendo el receptor de energía un rectificador para rectificar una corriente alterna secundaria inducida en el inductor secundario por el inductor primario. Finalmente, el invento se refiere a un sistema que comprende un transmisor de energía y un receptor de energía. Estado de la técnica
Por la patente Norteamericana US-5.701.12 se conoce un sistema que comprende un interrogador y un transductor entre los que puede transmitirse información y energía mediante circuitos osciladores acoplados. El campo magnético del interrogador puede ser captado por el transductor para proporcionar energía a un dispositivo eléctrico unido al transductor. Además, los datos y órdenes son transmitidos entre el interrogador y el transductor mediante modulación del campo de inducción. Para transmisión desde el interrogador al transductor, es decir en la dirección de transmisión de energía, se han sugerido modulación de amplitud, de fase, de frecuencia y de impulsos. Para transmisión en sentido contrario, “absorción de potencia” – se ha sugerido señalización, en la que la bobina receptora del transductor es desconectada temporalmente, cuya desconexión es detectada en la posición del interrogador mediante supervisión de la absorción de potencia de la bobina transmisora de energía.
La publicación de patente internacional WO 1994/001846 A1 describe un conector eléctrico que comprende un transformador para transmitir inductivamente energía eléctrica e información. El conector está preferiblemente integrado en una bisagra para la puerta de un automóvil. Mediante el conector, la energía eléctrica es transmitida desde el automóvil a la puerta para suministrar una carga en la puerta con energía eléctrica, y los datos son transmitidos bidireccionalmente. El lado primario del transformador es proporcionado por un circuito puente-H con una tensión de onda cuadrada. Para la transmisión de una señal de baja frecuencia en la dirección de transmisión de potencia para accionar los altavoces y la puerta, el impulso de la tensión de onda cuadrada está modulado en AF. Además, la información es transmitida en ambas direcciones modulando en AF la señal de onda cuadrada, comenzando con los bordes ascendentes.
Por la solicitud de patente Británica GB-2198014-A se conoce un sistema de transferencia de información para transmitir información entre una tarjeta electrónica y un lector de tarjetas mediante un acoplamiento inductivo. En el lector, para la transmisión a la tarjeta electrónica una frecuencia de referencia es modulada en fase o en frecuencia y a continuación transmitida a la tarjeta electrónica mediante el acoplamiento inductivo. En la tarjeta electrónica, la señal es desmodulada en fase o en frecuencia. Además, la tarjeta electrónica obtiene su alimentación de energía operativa por rectificación de la señal recibida. Para la transmisión desde la tarjeta electrónica al receptor, la carga de las tarjetas electrónicas es modulada y supervisada en el lado del lector por una resistencia de detección. Problema que ha de ser resuelto por el invento
Es un objetivo del presente invento proporcionar un método perfeccionado de transmitir inductivamente energía e información entre un transmisor de energía y un receptor de energía. Es además otro objetivo del presente invento proporcionar un transmisor de energía perfeccionado, un receptor de energía perfeccionado y un sistema perfeccionado para intercambiar información entre un transmisor de energía y un receptor de energía. Solución de acuerdo con el invento
Un método de transmitir inductivamente energía e información entre un transmisor de energía que comprende un inductor primario y un receptor de energía que comprende un inductor secundario, en el que la energía es transmitida desde el transmisor de energía hasta el receptor de energía aplicando una tensión alterna al inductor primario para generar una corriente alterna primaria en el inductor primario, induciendo por ello una corriente alterna secundaria en el inductor secundario, y en el que la información es transmitida desde el transmisor de energía al receptor de energía esencialmente sólo en una sección primera dedicada del ciclo de la tensión alterna variando la amplitud de la tensión alterna; y la información es transmitida desde el receptor de energía al transmisor de energía esencialmente sólo en una segunda sección dedicada del ciclo variando la absorción de potencia del inductor secundario, no solapándose la segunda sección con la primera sección.
El término “alternancia” se refiere a las partes de una tensión alterna o una corriente alterna con el mismo signo. Las alternancias están delimitadas por los puntos cero de la tensión o corriente.
La tensión y las corrientes tienen así dos alternancias, una denominada arbitrariamente “positiva” y la otra denominada “negativa”. En lo sucesivo, los términos “positiva” y “negativa” son usados para identificar alternancias correspondientes de las tensiones y corrientes, es decir una alternancia “positiva” de la corriente secundaria es considerada una alternancia que ha sido inducida por una alternancia “positiva” de la corriente primaria, que ha sido inducida por una alternancia “positiva” de la tensión de alterna.
Es una ventaja del invento que se puede obtener la de que dedicar secciones del ciclo exclusivamente para la transmisión de información en una dirección particular, la transmisión de información en una dirección nunca puede coincidir con la transmisión de información en la otra dirección. Así, puede evitarse la interferencia de señales que se transmiten en un sentido con señales que se transmiten en sentido opuesto. Además, puede simplificarse la construcción del dispositivo.
El problema es además resuelto por un transmisor de energía que comprende un inductor primario que puede ser acoplado inductivamente a un inductor secundario del receptor de energía para transmitir inductivamente energía al receptor de energía y recibir información desde el receptor de energía, comprendiendo el transmisor de energía medios para aplicar una tensión alterna al inductor primario para generar una corriente alterna primaria en el inductor primario de modo que la corriente alterna primaria puede inducir una corriente alterna secundaria en el inductor secundario, en el que los medios para aplicar una tensión alterna al inductor primario comprenden medios para aplicar una tensión positiva a través del inductor primario y medios para aplicar una tensión negativa a través del inductor primario, y en el que los medios para aplicar una tensión negativa través del inductor primario son proporcionados con medios para detectar variaciones en la absorción de potencia del inductor secundario para captar información transmitida desde el receptor de energía al transmisor de energía.
El transmisor de energía de acuerdo con el invento explota el hecho de que si la segunda sección dedicada para transmisión de información desde el receptor de energía al transmisor de energía está situada en la alternancia negativa del ciclo, es suficiente prever los medios para aplicar una tensión negativa a través del inductor primario con un medio para detectar variaciones en la absorción de potencia del inductor secundario. Ventajosamente, esto permite una construcción simple del transmisor de energía y del receptor de energía.
Además, el problema es resuelto por un receptor de energía que comprende un inductor secundario que puede ser acoplado inductivamente a un inductor primario del transmisor de energía para recibir inductivamente energía e información del transmisor de energía, comprendiendo el receptor de energía un rectificador para rectificar una corriente alterna secundaria inducida en el inductor secundario por el inductor primario, en el que el circuito del rectificador que pasa la alternancia positiva de la corriente alterna secundaria está provisto con medios para detectar variaciones en la corriente alterna secundaria.
El receptor de energía de acuerdo con el invento explota el hecho de que las variaciones en la amplitud de la tensión alterna aplicada al inductor primario implican variaciones en la corriente alterna primaria que implican variaciones en la corriente alterna secundaria. Así, detectando variaciones en la corriente alterna secundaria, puede captarse información transmitida desde el transmisor de energía al receptor de energía. Además, el receptor de energía de acuerdo con el invento explota el hecho de que si la sección primera dedicada para la transmisión de información desde el receptor de energía al transmisor de energía está situada en la alternancia positiva del ciclo, es suficiente proveer al circuito del rectificador que transmite la alternancia positiva de la corriente alterna secundaria con los medios para detectar variaciones en la corriente alterna secundaria. Ventajosamente, esto permite una construcción simple del receptor de energía y del transmisor de energía.
Finalmente, el problema es resuelto por un sistema que comprende el transmisor de energía y el receptor de energía de acuerdo con el invento. Descripción de realizaciones preferidas del invento
Las características preferidas del invento que pueden ser aplicadas solas o en combinación son descritas en las reivindicaciones dependientes.
Los inductores son preferiblemente bobinas de un material conductor, preferiblemente metal tal como plata o cobre. Preferiblemente, los inductores primario y secundario son acoplados por medio de un núcleo metálico común. En una realización preferida del invento, el núcleo comprende dos partes que pueden combinarse para proporcionar un bucle magnético cerrado. Preferiblemente, el inductor primario está provisto con una de las partes del núcleo y el inductor secundario con la otra parte. El núcleo comprende preferiblemente hierro, más preferiblemente en forma de ferrita, u otro material ferromagnético, preferiblemente un material de permeabilidad magnética elevada.
Preferiblemente, la tensión alterna tiene una forma de onda escalonada, comprendiendo esencialmente la forma de onda una alternancia positiva de forma cuadrada y una alternancia negativa de forma cuadrada. Preferiblemente, las alternancias adyacentes están separadas por secciones de tensión cero. En una realización preferida del invento, los medios para aplicar una corriente alterna al inductor primario comprenden un circuito de puente-H con dos interruptores para aplicar una tensión positiva a través del inductor primario y otros dos interruptores para aplicar una tensión negativa a través del inductor primario. Un circuito puente-H adecuado está descrito en el documento WO 1994/001846 A1. Los interruptores son preferiblemente transistores, más preferiblemente transistores de efecto de
campo.
Preferiblemente, la primera sección, es decir la sección para transmitir información desde el transmisor de energía hasta el receptor de energía, está situada en la alternancia positiva de la tensión alterna. Preferiblemente, la segunda sección está situada en la alternancia negativa de la tensión alterna. Es una ventaja que se puede conseguir de estas realizaciones del invento, que tanto el transmisor de energía como el receptor de energía puedan ser construidos de una forma particularmente simple.
En una realización preferida de transmisor de energía, hay previstos medios para determinar la corriente a través del inductor primario durante la alternancia negativa de la tensión alterna para captar información transmitida desde el receptor de energía al transmisor de energía. Esta realización del invento explota el hecho de que las variaciones en la absorción de potencia del inductor secundario pueden implicar variaciones en la corriente a través del inductor primario. Preferiblemente, una primera resistencia es conectada en serie con uno de los interruptores para aplicar una tensión negativa a través del inductor primario. Observando la caída de tensión a través de la primera resistencia, puede detectarse una variación de la corriente primaria en la alternancia negativa de la tensión alterna. Más particularmente, la caída de tensión es comparada con la caída de tensión media de muchas repeticiones del ciclo con el fin de compensar cambios lentos (“lento” en el contexto del presente invento significa lento comparado con la duración del ciclo de la tensión alterna) en una carga conectada con el inductor primario, que también puede afectar a la caída de tensión sobre la primera resistencia pero no está relacionada con la transmisión de información.
En una realización preferida del receptor de energía, una segunda resistencia está conectada en serie en el circuito del rectificador que pasa la alternancia positiva de la corriente alterna secundaria. Observando la caída de tensión a través de la segunda resistencia, puede detectarse una variación de la corriente a través del inductor secundario en la alternancia positiva de la corriente alterna secundaria. Este modo de información puede ser recibido desde el transmisor de energía. Más particularmente, como se ha descrito previamente con respecto al transmisor de energía, en el receptor de energía la tensión es comparada con la caída de tensión media de muchas repeticiones del ciclo con el fin de compensar cambios lentos en la carga conectada con el inductor primario, que también puede afectar a la caída de tensión sobre la segunda resistencia pero no está relacionada con la transmisión de información.
En una realización preferida del receptor de energía, el rectificador comprende al menos un diodo para rectificación. Un rectificador preferido es un puente rectificador. La segunda resistencia está conectada preferiblemente en serie con uno de los diodos del rectificador. En una realización preferida del invento, la carga está conectada con el inductor secundario, preferiblemente a través del rectificador. La segunda resistencia está conectada preferiblemente en serie con la carga.
En una realización del invento, para la transmisión de información desde el receptor de energía al transmisor de energía la absorción de potencia del inductor secundario es variada temporalmente desconectando la carga del inductor secundario. Alternativamente, puede conseguirse una variación en la absorción de potencia aumentando o reduciendo la carga o incluso acortando el inductor secundario.
En una realización preferida del receptor de energía, el circuito del rectificador que pasa la alternancia negativa de la corriente alterna secundaria está provisto con medios para variar la absorción de potencia del inductor secundario, preferiblemente, medios para desconectar la carga del inductor secundario. Preferiblemente, un interruptor es conectado en serie dentro del circuito del rectificador que pasa la alternancia negativa de la corriente alterna secundaria. El interruptor está conectado preferiblemente en serie con uno de los diodos del rectificador.
Un sistema preferido que comprende un transmisor de energía de acuerdo con el invento y un receptor de energía de acuerdo con las realizaciones anteriores explota el hecho de que puede conseguirse que la alternancia negativa de la corriente secundaria del receptor de energía coincida esencialmente con la alternancia negativa de la tensión alterna del transmisor de energía. Así la conmutación en el circuito del rectificador para la alternancia negativa de la corriente alterna secundaria en el receptor de energía de energía puede detectarse observando la tensión a través de la resistencia prevista en los medios que aplican una tensión negativa a través del inductor primario en el transmisor de energía.
En una realización preferida del invento, la primera sección es esencialmente la alternancia positiva entera de la tensión alterna. En otras palabras, la amplitud de la alternancia positiva entera puede variar entre repeticiones del ciclo para codificar la información que ha de transmitirse desde el transmisor de energía al receptor de energía. Preferiblemente, en esta realización del invento, la variación de la tensión se traduce en una variación de la amplitud de la corriente primaria que se traduce en una variación de la amplitud de la corriente secundaria.
En una realización preferida del invento, la segunda sección es la alternancia negativa entera de la corriente alterna secundaria. En otras palabras, la absorción de potencia del inductor secundario esencialmente a través de la alternancia negativa entera de la tensión alterna es variada entre repeticiones del ciclo para codificar la información que ha de transmitirse desde el receptor de energía al transmisor de energía.
Alternativamente a la variación a través de la alternancia completa, sólo pueden variarse secciones. Esto puede tener la ventaja de que la transferencia de energía resulta menos afectada por la transmisión de información. En una realización preferida del invento, la primera sección para la transmisión de información del transmisor de energía al receptor de energía está situada al final de la alternancia de la tensión alterna, preferiblemente la alternancia positiva. En otras palabras, la amplitud de la tensión alterna al final de la alternancia puede variar al final de la alternancia puede variar entre repeticiones del ciclo para codificar la información que ha de transmitirse desde el transmisor de energía al receptor de energía. Los inventores han encontrado que en el inductor secundario, las variaciones al final de una alternancia pueden ser detectadas fácilmente en general, en particular si la tensión alterna tiene una forma de onda escalonada, debido a que las corrientes alternas primaria y secundaria alcanzan en general un valor relativamente elevado hacia el final de la alternancia. Aún, en otras realizaciones del invento, la primera sección puede situarse en cualquier lugar en la alternancia, por ejemplo el comienzo de la alternancia.
Preferiblemente, la longitud de la primera sección que ha de ser variada es menos de la ½ de la longitud de la alternancia, más preferiblemente menos de ¼, más preferiblemente menos de 1/8, más preferiblemente menos de 1/16. Es posible variar la longitud de la sección que ha de ser variada para codificar información que representa valores en un código con una base mayor que 2. Este modo puede conseguirse para aumentar la velocidad de transmisión transmitiendo más información con el número de alteraciones dado. La longitud relativa de la sección de 1, ½ y 0 puede por ejemplo representar el valor “0”, “1” y “2” en un código de base 3.
En una realización preferida del invento, se reduce la amplitud de la tensión alterna aplicada para la duración de la primera sección al inductor primario, preferiblemente a cero. Como resultado, preferiblemente, el valor absoluto de la corriente en el inductor primario caerá, induciendo una corriente secundaria descendente. Es una ventaja que se puede conseguir de esta realización del invento que tal caída de corriente pueda ser detectada de un modo relativamente fácil en el lado del inductor secundario. Además, una caída en la tensión a cero aplicada puede ser conseguida fácilmente por medio de un interruptor. De este modo, puede transmitirse información en un código binario en el que una tensión cero representa un valor, por ejemplo “1” y una tensión completa representa el otro valor, es decir “0”, en este ejemplo. En lugar de una tensión cero, el valor absoluto de la tensión sólo puede ser reducido a un cierto nivel para representar un valor, por ejemplo “1”, mientras una tensión completa representa el otro valor.
En otras realizaciones del invento el valor absoluto de la tensión de la primera sección puede ser reducido en distintos grados que representan valores en un código con una base mayor que 2. Este modo es alcanzable para aumentar la velocidad de transmisión transmitiendo más información con el número dado de alternancias. Por ejemplo, tensiones relativas de 1, ½ y 0 pueden representar los valores “0”, “1” y “2” en un código de base 3. Preferiblemente, las variaciones en longitud son combinadas con las variaciones en amplitud. De esta forma la cantidad de información transferida por alternancia puede además aumentarse. Por ejemplo, con tres longitudes diferentes (1) y tres amplitudes diferentes (a), pares de longitud-amplitud (1; a) pueden codificar cinco valores diferentes por alternancia, en particular “0” = (0;0), “1” 0 (1;0), “2” = (1;1), “3” = (2;0) y “4” = (2;1).
En una realización preferida del invento, la segunda sección para la transmisión de información desde el receptor de energía al transmisor de energía está situada al comienzo de una alternancia de la corriente alterna secundaria, preferiblemente la alternancia negativa. En otras palabras, la absorción de potencia del inductor secundario al comienzo de la alternancia es variada entre repeticiones del ciclo para codificar la información que ha de transmitirse desde el receptor de energía al transmisor de energía. Es una ventaja alcanzable de esta realización del invento que pueden detectarse fácilmente cambios en la absorción de potencia al comienzo del ciclo, en particular si la tensión alterna es una forma de onda escalonada, porque en general un cambio en la absorción de potencia al comienzo de la alternancia tiene un gran efecto sobre la corriente primaria y secundaria y por ello puede detectarse fácilmente. Aún, en otras realizaciones del invento, la segunda sección puede ser situada en cualquier otro lugar en la alternancia, por ejemplo al final de la alternancia.
Preferiblemente, la longitud de la segunda sección que ha de ser variada es menos de la ½ de la longitud de la alternancia, más preferiblemente menos de ¼, más preferiblemente menos de 1/8, más preferiblemente menos de 1/16. Es posible variar la longitud de la sección que ha de ser variada para codificar información que representa valores en un código con una base mayor que 2. De este modo se puede conseguir aumentar la velocidad de transmisión transmitiendo más información con un número dado de alternancias. La longitud relativa de la sección de 1, ½ y 0 puede representar por ejemplo los valores “0”, “1” y “2” en un código de base 3.
En una realización preferida del invento, variar la absorción de potencia del inductor secundario consiste en desconectar el inductor secundario de la carga mientras dura la segunda sección. Así, puede transmitirse la información en un código binario en el que una carga desconectada representa un valor, por ejemplo “1” y una carga conectada representa el otro valor, es decir “0”, en este ejemplo. En vez de desconectar la carga totalmente, la carga sólo puede ser reducida a un cierto nivel para representar un valor, por ejemplo “1”, mientras una carga completa representa el otro valor.
En otras realizaciones del invento, la absorción de potencia puede ser reducida en varios grados, que representan valores en un código con una base mayor que 2. Este modo es alcanzable para aumentar la velocidad de transmisión transmitiendo más información con el número dado de alternancias. Por ejemplo, las absorciones de potencia relativas de 1, ½, y 0 pueden representar los valores “0”, “1” y “2” en un código de base 3. Preferiblemente, las variaciones en la absorción de potencia son combinadas con las variaciones en longitud. De este modo, como se ha descrito previamente en el contexto de la información transmitida desde el transmisor de energía al receptor de energía, puede aumentarse la cantidad de información transferida por alternancia. Por ejemplo, con diferentes longitudes (1) y tres absorciones de potencia diferentes (a), pares de longitud-absorción (1,a) podrían codificar cinco valores por alternancias.
En una realización preferida del invento, la primera sección para la transmisión desde el transmisor de energía al receptor de energía está situada al final de una alternancia positiva de la tensión alterna y una segunda sección para la transmisión desde el receptor de energía al transmisor de energía está situada al comienzo de la alternancia negativa. Esto puede tener la ventaja de que el borde ascendente de la alternancia positiva siguiente no es afectado esencialmente por los cambios en la corriente debidos a la variación de la segunda sección. El borde puede ser usado así para sincronización de las electrónicas de codificación en el lado primario y en el secundario. Breve descripción de los dibujos
El invento está ilustrado en mayor detalle con la ayuda de los dibujos esquemáticos:
La fig. 1 muestra un diagrama de circuito simplificado de un transmisor de energía de acuerdo con el invento;
La fig. 2 muestra un diagrama de circuito simplificado de una receptor de energía de acuerdo con el invento; y
La fig. 3 muestra en una representación simplificada las señales aplicadas a los transistores de un puente-H de un transmisor de energía de acuerdo con el invento y pasando la corriente secundaria a través del inductor secundario de una receptor de energía de acuerdo con el invento. Descripción detallada de una realización del invento
Una realización de un transmisor de energía 1 de acuerdo con el invento está ilustrada en la fig. 1 por medio de un diagrama de circuito simplificado. El transmisor de energía 1 comprende un inductor primario 2 que está construido como una bobina de hilo de cobre enrollado alrededor de un núcleo de ferrita (no mostrado). El inductor primario 2 es accionado por cuatro transistores 3, 4, 5, 6, que simultáneamente forman un puente-H. Los transistores 3 y 4 son provistos con una señal de onda cuadrada A como se ha mostrado en la fila superior de la fig. 3 para generar la alternancia positiva de una tensión alterna aplicada al inductor primario 2. La alternancia negativa de la tensión alterna es generada por transistores 5 y 6, que son alimentados para este propósito con otra onda cuadrada B mostrada en la segunda fila en la fig. 3. Los transistores están en estado conductor cuando la señal correspondiente es positiva y en un estado no conductor si la señal correspondiente es cero. Así, la tensión alterna resultante es una señal escalonada de alternancias positiva y negativa de forma cuadrada separadas por secciones cortas de tensión cero.
Además, una primera resistencia 7 está conectada en línea con uno 5 de los transistores que generan la alternancia negativa de la tensión alterna. Hay previsto un primer circuito de detección para observar la tensión a través de la primera resistencia 7, cuya tensión es una indicación de una corriente que pasa a través del inductor primario 2 durante la alternancia negativa de la tensión alterna. En el primer circuito de detección, un primer comparador 8 compara una tensión derivada a través del divisor de tensión 9 a partir de la caída de tensión a través de la primera resistencia 7 con una tensión media derivada por medio de un primer circuito integrador desde la tensión a través de la primera resistencia 7 promediada sobre muchos ciclos. El primer circuito integrador comprende un diodo 10, conectado en serie con una conexión en paralelo de una resistencia 11 y un condensador 12.
Se ha ilustrado en la fig. 2 una realización de un receptor de energía 13 de acuerdo con el invento por medio de un diagrama de circuito simplificado. Comprende un inductor secundario 14 construido como una bobina de hilo de cobre y enrollado alrededor de un núcleo de ferrita (no mostrado). Para la transmisión de la energía desde el transmisor de energía 1 al receptor de energía 3 y para intercambiar bidireccionalmente información entre el transmisor de energía 1 y el receptor de energía 3, el inductor primario 2 y el inductor secundario 14 pueden ser acoplados inductivamente acoplando los núcleos. Una carga 15 está conectada al inductor secundario 14 a través de un puente rectificador, comprendiendo el puente rectificador cuatro diodos 16, 17, 18, 19. La alternancia positiva de una corriente alterna inducida en el inductor secundario 14 por el inductor primario 2 puede pasar a través de los diodos 16 y 17, mientras que la alternancia negativa puede pasar a través de los diodos 18 y 19. Un transistor 20 está conectado en línea con uno 18 de los diodos a través del cual pasa la alternancia negativa de la corriente alterna. El transistor 20 puede desconectar temporalmente la carga 15 del segundo inductor secundario 14 durante alternancias negativas de la corriente alterna con el fin de transmitir información desde el receptor de energía al transmisor de energía, cuya información puede detectarse por el circuito de detección previamente descrito del transmisor de energía.
Además, uno 16 de los diodos a través del cual pasa la alternancia positiva de la corriente alterna está conectado en serie con una segunda resistencia 21. Hay previsto un segundo circuito de detección para observar la tensión a través de la segunda resistencia, cuya tensión es una indicación de la corriente que pasa a través del inductor secundario 14 durante la alternancia positiva de la corriente alterna secundaria. En el segundo circuito de detección, un segundo comparador 22 compara una tensión derivada a través del divisor de tensión 23 desde la caída de tensión a través de la segunda resistencia 21 con una tensión media derivada por medio de un segundo circuito integrador desde la tensión a través de la segunda resistencia 21 promediada sobre muchos ciclos. El segundo circuito integrador comprende un diodo 24, conectado en serie con una conexión en paralelo de una resistencia 25 y un condensador 26.
La transmisión de información entre el transmisor de energía y el receptor de energía es explicada ahora con la ayuda de la fig. 3. Esta figura muestra en la primera fila la señal de onda cuadrada A que controla los transistores 3 y 4, en la segunda fila la señal de onda cuadrada B que controla los transistores 5 y 6, y en la última fila la corriente alterna secundaria inducida en el inductor secundario 14 por la corriente primaria, que a su vez es generada en el inductor primario 2 por la tensión alterna producida por el puente-H 3, 4, 5, 6 en respuesta a las señales de onda cuadrada A y B. Las señales de onda cuadrada pueden por ejemplo ser generadas por un microprocesador (no mostrado).
Para la transmisión de información desde el transmisor de energía 1 al receptor de energía 13, es variada una primera sección (delimitada por líneas de trazos 27 y 28 en la fig. 3) al final de la alternancia positiva de la tensión alterna. Para este propósito, la señal de onda cuadrada A que genera la alternancia positiva de la tensión alterna a través de la primera sección o bien es positiva o bien es cero. Correspondientemente, la alternancia positiva de la corriente alterna en la primera sección es o bien positiva o bien cero. El último caso también puede ser entendido como un “acortamiento” de la alternancia positiva. Si la tensión primaria en la primera sección es cero, la corriente primaria correspondiente (no mostrada) y por lo tanto también la corriente secundaria cae rápidamente a cero durante la primera sección (indicada en la fila inferior de la fig. 3 por la línea de puntos 29 en la primera sección). Si la tensión primaria, por otra parte, permanece positiva, la corriente secundaria continúa ascendiendo a través de la primera sección (indicada en la fila inferior de la fig. 3 por la línea llena en la primera sección). Pueden detectarse tales diferencias en la corriente secundaria durante la primera sección por el segundo comparador 22 del segundo circuito de detección en el receptor de energía 13 y pueden a continuación ser interpretadas, por ejemplo por un microprocesador, como información binaria. Una caída de tensión durante la primera sección, que corresponde a una tensión cero aplicada al inductor primario del transmisor de energía, puede por ejemplo representar el valor “1” mientras una corriente secundaria que continúa ascendiendo, correspondiente a una tensión positiva a través del inductor primario, puede ser interpretada como el valor “0” en un código de base dos.
Para la transmisión de información desde el receptor de energía 13 al transmisor de energía 1, el interruptor 20 es abierto durante el intervalo de una segunda sección (delimitada por líneas de trazos 30 y 31 en la fig. 3) al comienzo de la alternancia negativa. Como resultado, la corriente que pasa a través del inductor secundario es reducida a lo largo de la alternancia negativa restante (indicada por el número de referencia 32), que da como resultado una reducción correspondiente en la corriente que pasa a través del inductor primario 2 del transmisor de energía 1. Pueden detectarse tales diferencias en la corriente por el primer comparador 8 del primer circuito de detección del transmisor de energía 1 y pueden ser interpretadas como información binaria. Por ejemplo, puede interpretarse una corriente reducida como el valor “1” y una corriente no reducida como el valor “0” de un código de base dos.
La primera y segunda secciones pueden ser mantenidas lo suficientemente cortas para tener sólo un efecto insignificante en la transmisión de energía. Con este propósito, las longitudes de la primera y de la segunda sección pueden, por ejemplo ser escogidas para ser 1/10 de la longitud de la alternancia correspondiente. Si, sin embargo, la primera y segunda alternancias son escogidas que sean más largas, por ejemplo con el fin de aumentar la resistencia de interferencia del sistema, debería escogerse un código apropiado para asegurar que una media, la corriente positiva que pasa a través de los inductores es aproximadamente igual a la corriente negativa que pasa a través de los inductores de tal modo que pueda evitarse una corriente continua resultante y posiblemente desventajosa.
Las características como se han descrito en la descripción anterior, reivindicaciones y figuras pueden estar relacionadas con el invento en cualquier combinación.
Claims (16)
- 1. Un método de transmitir inductivamente energía e información entre un transmisor (1) de energía que comprende un inductor primario (2) y un receptor (13) de energía que comprende un inductor secundario, en el que la energía es transmitida desde el transmisor (1) de energía al receptor (13) de energía aplicando una tensión alterna al inductor primario (2) para generar una corriente alterna primaria en el inductor primario (2), induciendo por ello una corriente alterna secundaria en el inductor secundario (14), caracterizado porque la información es transmitida desde el transmisor (1) de energía al receptor (13) de energía solo en una primera sección dedicada del ciclo de la tensión alterna variando la amplitud de la tensión alterna; y la información es transmitida desde el receptor(13) de energía al transmisor (1) de energía solo en una segunda sección dedicada del ciclo variando la absorción de potencia del inductor secundario (14), no solapándose la segunda sección con la primera sección.
-
- 2.
- El método según la reivindicación 1, caracterizado porque la tensión alterna tiene una forma de onda escalonada, comprendiendo la forma de onda una alternancia positiva de forma cuadrada y una alternancia negativa de forma cuadrada.
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- 3.
- El método según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado porque la primera sección está situada en la alternancia positiva de la corriente alterna secundaria; y la segunda sección está situada en la alternancia negativa de la tensión alterna.
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- 4.
- El método según la reivindicación 3, caracterizado porque la primera sección es la alternancia positiva completa de la tensión alterna.
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- 5.
- El método según la reivindicación 3 o la reivindicación 4, caracterizado porque la segunda sección es la alternancia negativa completa de la corriente alterna secundaria.
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- 6.
- El método según la reivindicación 2 o la reivindicación 3, caracterizado porque la primera sección para
transmisión de información desde el inductor primario (2) al inductor secundario (14) está situada al final de una alternancia de la tensión alterna aplicada al inductor primario (2). -
- 7.
- El método según la reivindicación 6, caracterizado porque la primera sección es variada aplicando mientras dura la primera sección una tensión cero al inductor primario (2).
-
- 8.
- El método según cualquiera de las reivindicaciones 2, 3, 6 o 7, caracterizado porque la segunda sección para transmisión de información desde el inductor secundario
(14) al inductor primario (2) está situada al comienzo de una alternancia de la corriente alterna secundaria. -
- 9.
- El método según la reivindicación 8, caracterizado porque la segunda sección es variada desconectando el inductor secundario (14) de una carga mientras dura la segunda sección.
-
- 10.
- El método según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizado porque la primera sección para transmisión de información desde el inductor primario (2) al inductor secundario (14) está situada al final de la alternancia positiva de la tensión alterna y la segunda sección para transmisión desde el inductor secundario (14) al inductor primario (2) está situada al comienzo de la alternancia negativa de la corriente alterna secundaria.
-
- 11.
- Un transmisor (1) de energía que comprende un inductor primario (2) que puede ser acoplado inductivamente a un inductor secundario (14) del receptor de energía (13) para transmitir inductivamente energía al receptor de energía (13) y recibir información desde el receptor de energía (13), comprendiendo el transmisor (1) de energía medios para aplicar una tensión alterna al inductor primario (2) para generar una corriente alterna primaria en el inductor primario (2) de modo que la corriente alterna primaria pueda inducir una corriente alterna secundaria en el inductor secundario (14), caracterizado porque los medios para aplicar una tensión alterna al inductor primario (2) comprenden medios para aplicar una tensión positiva a través del in
ductor primario (2) y medios para aplicar una tensión negativa a través del inductor primario (2), en el que los medios para aplicar una tensión negativa través del inductor primario (2) están provistos con medios para detectar variaciones en la absorción de potencia del inductor secundario (14). -
- 12.
- El transmisor (1) de energía según la reivindicación 11, caracterizado porque medios para aplicar una tensión alterna al inductor primario (2) comprenden un circuito de puente H con dos interruptores para aplicar una tensión positiva a través del inductor primario (2) y otros dos interruptores para aplicar una tensión negativa a través del inductor primario (2).
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- 13.
- Un receptor de energía (13) que comprende un inductor secundario (14) que puede ser acoplado inductivamente a un inductor primario (2) del transmisor (1) de energía para recibir inductivamente energía e información desde el transmisor (1) de energía, comprendiendo el receptor (13) de energía un rectificador para rectificar una corriente alterna secundaria inducida en el inductor secundario (14) por el inductor primario (2), caracterizado porque el circuito del rectificador que pasa la alternancia positiva de la corriente alterna secundaria está provisto con medios para detectar variaciones en la corriente alterna secundaria.
-
- 14.
- El receptor de energía (13) según la reivindicación 13, caracterizado porque el circuito del rectificador que pasa la alternancia positiva de la corriente alterna secundaria está provisto con medios (20) para variar la corriente a través del inductor secundario (14) durante la alternancia negativa de la corriente alterna secundaria.
- 15. Un sistema que comprende al menos un transmisor(1) de energía según la reivindicación 11 o la reivindicación 12 y al menos un receptor de energía (13) según la reivindicación 13 o la reivindicación 14.
- 16. El sistema según la reivindicación 15, caracterizado porque los inductores primario y secundario (2, 14) están acoplados por medio de un núcleo metálico, que puede-21 proporcionar un bucle magnético cerrado.
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