ES2657593T3

ES2657593T3 - Sistema y procedimiento para la transmisión de potencia inalámbrica de bajas pérdidas

Info

Publication number: ES2657593T3
Application number: ES12806833.5T
Authority: ES
Inventors: Sreenivas Kasturi; Ashish Gupta; Michael K. MCFARLAND
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2018-03-06
Anticipated expiration: 2032-12-13
Also published as: JP5964985B2; WO2013090623A1; KR101674276B1; CN103999373B; US20130154383A1; CN103999373A; HUE037805T2; JP2015509281A; EP2792081A1; EP2792081B1; US9270342B2; KR20140102301A

Abstract

Un transmisor (104, 204, 404, 804) para transmitir potencia inalámbrica a una bobina de recepción (118, 218, 518), que comprende: una primera bobina en espiral que comprende una pluralidad de espiras, definiendo un centro de la primera bobina en espiral a una espira más externa de la primera bobina en espiral una primera sección transversal; y una segunda bobina en espiral que comprende una pluralidad de espiras, definiendo un centro de la segunda bobina en espiral a una espira más externa de la segunda bobina en espiral una segunda sección transversal, estando la segunda bobina en espiral devanada en sentido contrario con respecto a la primera bobina en espiral, en el que la primera y segunda bobinas están sustancialmente dentro de un plano común, que tiene un centro común, caracterizado por que una distancia de espira desde el centro común a una espira particular a lo largo de la primera o segunda secciones transversales de la primera o segunda bobinas en espiral es tal que las separaciones entre espiras consecutivas de la bobina de transmisión aumentan desde una espira más externa hasta el centro común de tal manera que una inductancia mutua con respecto a la bobina de recepción (118, 218, 518) situada por encima o por debajo del plano común es mayor que el 65% de una inductancia mutua máxima a lo largo de la primera y segunda secciones transversales cuando la primera y la segunda bobinas en espiral están colocadas para transmitir potencia de forma inalámbrica a la bobina de recepción.

Description

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DESCRIPCION

Sistema y procedimiento para la transmisión de potencia inalámbrica de bajas pérdidas CAMPO

[0001] La presente invención se refiere en general a potencia inalámbrica. Más concretamente, la divulgación está dirigida a una bobina de transmisión para la transmisión de potencia inalámbrica de bajas pérdidas.

ANTECEDENTES

[0002] Un número creciente y variedad de dispositivos electrónicos están alimentados por medio de baterías recargables. Entre dichos dispositivos se incluyen teléfonos móviles, reproductores de música portátiles, ordenadores portátiles, ordenadores tipo tablet, dispositivos informáticos periféricos, dispositivos de comunicación (por ejemplo, dispositivos Bluetooth), cámaras digitales, audífonos y similares. Si bien la tecnología de las baterías ha mejorado, los dispositivos electrónicos alimentados por medio de baterías requieren y consumen cada vez más cantidades de potencia. Así pues, estos dispositivos requieren recargas de manera constante.

[0003] Los dispositivos recargables a menudo se cargan mediante conexiones cableadas con cables u otros conectores similares que estén conectados de forma física a una fuente de alimentación. Los cables y conectores similares a veces pueden ser incómodos o engorrosos y tener otros inconvenientes. Los sistemas de carga inalámbrica que son capaces de transferir potencia en el espacio libre que se utilizará para cargar dispositivos electrónicos recargables o proporcionar alimentación a dispositivos electrónicos pueden resolver algunos de los defectos de las soluciones de carga por cable. Así pues, son deseables sistemas y procedimientos de transferencia de potencia inalámbrica que transfieren potencia de manera eficiente y segura a los dispositivos electrónicos.

[0004] El documento US 2011/281535 analiza sistemas dirigidos al control de la distribución de campo de un transmisor de potencia inalámbrico. Un transmisor puede incluir una antena de transmisión configurada para generar un campo. El transmisor puede incluir adicionalmente al menos una antena parásita próxima a la antena de transmisión y configurada para modificar una distribución del campo generado.

RESUMEN

[0005] Diversas implementaciones de sistemas, procedimientos y dispositivos dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas tienen, cada una, varios aspectos, ninguno de los cuales es responsable únicamente de los atributos deseables descritos en el presente documento. Algunas características destacadas se describen en el presente documento, sin limitar el alcance de las reivindicaciones adjuntas.

[0006] Los detalles de una o más implementaciones de la materia objeto descrita en esta memoria descriptiva se exponen en los dibujos adjuntos y la descripción siguiente. Otras características, aspectos y ventajas resultarán evidentes a partir de la descripción, los dibujos y las reivindicaciones. Obsérvese que las dimensiones relativas de las figuras siguientes pueden no estar dibujadas a escala.

[0007] Un aspecto de la divulgación como se describe en el presente documento con referencia a la reivindicación 1 proporciona un sistema para la transmisión de potencia inalámbrica, que comprende una primera bobina en espiral y una segunda bobina en espiral. La primera bobina en espiral incluye una pluralidad de espiras. Un centro de la primera bobina en espiral hasta una espira más externa de la primera bobina en espiral define una primera sección transversal. La segunda bobina en espiral incluye una pluralidad de espiras. Un centro de la segunda bobina en espiral hasta una espira más externa de la segunda bobina en espiral define una segunda sección transversal. Partes de la primera bobina en espiral a lo largo de la primera sección transversal y la segunda bobina en espiral a lo largo de la segunda sección transversal tienen una inductancia mutua con respecto a una bobina de recepción superior al 65% de una inductancia mutua máxima a lo largo de la primera y segunda secciones transversales. La segunda bobina en espiral está devanada en sentido contrario con respecto a la primera bobina en espiral.

[0008] Otro aspecto de la divulgación como se describe en el presente documento con referencia a la reivindicación

9 proporciona un procedimiento para la transmisión de potencia inalámbrica. El procedimiento incluye excitar con corriente eléctrica una primera bobina en espiral que incluye una pluralidad de espiras. Un centro de la primera bobina en espiral hasta una espira más externa de la primera bobina en espiral define una primera sección transversal. El procedimiento incluye además excitar con corriente eléctrica una segunda bobina en espiral que incluye una pluralidad de espiras. Un centro de la segunda bobina en espiral hasta una espira más externa de la segunda bobina en espiral define una segunda sección transversal. Partes de la primera bobina en espiral a lo largo de la primera sección transversal y la segunda bobina en espiral a lo largo de la segunda sección transversal tienen una inductancia mutua con respecto a una bobina de recepción superior al 65% de una inductancia mutua máxima a

10 largo de la primera y segunda secciones transversales. La segunda bobina en espiral está devanada en sentido contrario con respecto a la primera bobina en espiral.

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BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

[0009]

La FIG. 1 es un diagrama de bloques funcional de un sistema de transferencia de potencia inalámbrica a modo de ejemplo, de acuerdo con modos de realización a modo de ejemplo.

La FIG. 2 es un diagrama de bloques funcional de componentes a modo de ejemplo que se puede usar en el sistema de transferencia de potencia inalámbrica de la FIG. 1, de acuerdo con diversos modos de realización a modo de ejemplo.

La FIG. 3 es un diagrama esquemático de una parte de la circuitería de transmisión o la circuitería de recepción de la FIG. 2, que incluye una bobina de transmisión o recepción, de acuerdo con modos de realización a modo de ejemplo.

La FIG. 4 es un diagrama de bloques funcional de un transmisor que se puede usar en el sistema de transferencia de potencia inalámbrica de la FIG. 1, de acuerdo con modos de realización a modo de ejemplo.

La FIG. 5 es un diagrama de bloques funcional de un receptor que se puede usar en el sistema de transferencia de potencia inalámbrica de la FIG. 1, de acuerdo con modos de realización a modo de ejemplo.

La FIG. 6 es un diagrama esquemático de un amplificador de excitación diferencial con dispositivo de conmutación individual de acuerdo con diversos aspectos.

La FIG. 7 ilustra un circuito de excitación a modo de ejemplo de acuerdo con diversos aspectos.

La FIG. 8 ilustra un sistema de potencia inalámbrica a modo de ejemplo que incluye un transmisor inalámbrico y un receptor inalámbrico.

Las FIG. 9 y 10 ilustran dos disposiciones de bobinas a modo de ejemplo para la coubicación de voltaje plana de acuerdo con diversos aspectos.

La FIG. 11 ilustra una estructura de bobinas a modo de ejemplo de acuerdo con diversos aspectos.

La FIG. 12 ilustra otra estructura de bobinas a modo de ejemplo de acuerdo con diversos aspectos.

La FIG. 13 ilustra una sección transversal de una disposición de bobinas a modo de ejemplo.

La FIG. 14 es un gráfico de la inductancia mutua normalizada frente a la posición para una disposición de bobinas a modo de ejemplo.

La FIG. 15 es un gráfico de la inductancia mutua normalizada frente a la posición para otra disposición de bobinas a modo de ejemplo.

[0010] Las diversas características ilustradas en los dibujos tal vez no estén dibujadas a escala. Por consiguiente, las dimensiones de las diversas características se pueden ampliar o reducir de forma arbitraria para mayor claridad. Además, algunos de los dibujos pueden no representar todos los componentes de un sistema, de un procedimiento o de un dispositivo dado. Finalmente, se pueden usar números de referencia similares para indicar características similares a lo largo de la memoria descriptiva y las figuras.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

[0011] La descripción detallada expuesta a continuación, en relación con los dibujos adjuntos, está concebida como una descripción de modos de realización a modo de ejemplo de la invención, y no está concebida para representar los únicos modos de realización en los que la invención puede llevarse a la práctica. La expresión "a modo de ejemplo" usada a lo largo de esta descripción significa "que sirve de ejemplo, caso o ilustración" y no debería interpretarse necesariamente como preferida o ventajosa a través de otros modos de realización a modo de ejemplo. La descripción detallada incluye detalles específicos para el propósito de proporcionar un entendimiento profundo de los modos de realización a modo de ejemplo de la invención. Los modos de realización a modo de ejemplo de la invención se pueden llevar a la práctica sin estos detalles específicos. En algunos casos, se muestran estructuras y dispositivos bien conocidos en forma de diagrama de bloques con el fin de evitar complicar la novedad de los modos de realización a modo de ejemplo presentados en el presente documento.

[0012] La transferencia inalámbrica de potencia puede referirse a la transferencia de cualquier forma de energía asociada con campos eléctricos, campos magnéticos, campos electromagnéticos, o de cualquier otro tipo desde un transmisor hasta un receptor sin el uso de conductores eléctricos físicos (por ejemplo, la potencia se puede transferir

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a través de espacio libre). La potencia enviada en un campo inalámbrico (por ejemplo, un campo magnético) puede recibirse, capturarse mediante, o acoplarse mediante una "bobina receptora" con el fin de lograr la transmisión de potencia.

[0013] La FIG. 1 es un diagrama de bloques funcional de un sistema de transferencia de potencia inalámbrica a modo de ejemplo 100, de acuerdo con modos de realización a modo de ejemplo de la invención. Se puede proporcionar una potencia de entrada 102 a un transmisor 104 desde una fuente de alimentación (no mostrada) para generar un campo 105 para proporcionar la transferencia de energía a un nivel de potencia suficiente para cargar o alimentar un dispositivo (no mostrado). Un receptor 108 puede acoplarse al campo 105 y generar una potencia de salida 110 para su almacenamiento o consumo por parte del dispositivo acoplado a la potencia de salida 110. Tanto el transmisor 104 como el receptor 108 se separan por una distancia 112. En un modo de realización a modo de ejemplo, el transmisor 104 y el receptor 108 están configurados de acuerdo con una relación de resonancia mutua. Cuando la frecuencia de resonancia del receptor 108 y la frecuencia de resonancia del transmisor 104 son sustancialmente las mismas o muy próximas, las pérdidas de transmisión entre el transmisor 104 y el receptor 108 son mínimas. Así pues, la transferencia de potencia inalámbrica puede proporcionarse a una distancia mayor en comparación con soluciones puramente inductivas que pueden requerir bobinas grandes que requieren que las bobinas estén muy próximas (por ejemplo, milímetros). Las técnicas de acoplamiento inductivo resonante pueden permitir así una mejor eficiencia y transferencia de potencia a diferentes distancias y con una variedad de configuraciones de bobinas inductivas.

[0014] El receptor 108 puede recibir potencia cuando el receptor 108 está situado en un campo de energía 105 producido por el transmisor 104. El campo 105 corresponde a una región en la que la energía emitida por el transmisor 104 puede ser capturada por el receptor 105. En algunos casos, el campo 105 puede corresponder al "campo cercano" del transmisor 104, tal como se describirá adicionalmente a continuación. El transmisor 104 puede incluir una bobina de transmisión 114 para la transmisión de energía. El receptor 108 incluye además una bobina de recepción 118 para recibir o capturar energía de la transmisión de energía. El campo cercano puede corresponder a una región en la que existen fuertes campos reactivos resultantes de las corrientes y las cargas en la bobina de transmisión 114, que irradian mínimamente potencia hacia el exterior de la bobina de transmisión 114. En algunos casos, el campo cercano puede corresponder a una región que está dentro de aproximadamente una longitud de onda (o una fracción de la misma) de la bobina de transmisión 114. Las bobinas de transmisión y recepción 114 y 118 se dimensionan de acuerdo con las aplicaciones y dispositivos que se asociarán con las mismas. Como se ha descrito anteriormente, puede producirse una transferencia de energía eficiente mediante el acoplamiento de una gran parte de la energía en un campo 105 de la bobina de transmisión 114 a una bobina de recepción 118, en lugar de propagar la mayor parte de la energía en una onda electromagnética al campo lejano. Cuando se coloca dentro del campo 105, puede desarrollarse un "modo de acoplamiento" entre la bobina de transmisión 114 y la bobina de recepción 118. El área alrededor de las bobinas de transmisión y recepción 114 y 118 donde este acoplamiento puede producirse se denomina en el presente documento una región en modo de acoplamiento.

[0015] La FIG. 2 es un diagrama de bloques funcional de componentes a modo de ejemplo que se puede usar en el sistema de transferencia de potencia inalámbrica 100 de la FIG. 1 de acuerdo con varios modos de realización a modo de ejemplo de la invención. El transmisor 204 puede incluir circuitería de transmisión 206, que puede incluir un oscilador 222, un circuito de excitación 224, y un circuito de filtrado y adaptación 226. El oscilador 222 se puede configurar para generar una señal a una frecuencia deseada, tal como 468,75 KHz, 6,78 MHz o 13,56 MHz que puede ajustarse en respuesta a una señal de control de frecuencia 223. La señal del oscilador puede proporcionarse a un circuito de excitación 224 configurado para excitar la bobina de transmisión 214 a, por ejemplo, una frecuencia de resonancia de la bobina de transmisión 214. El circuito de excitación 224 puede ser un amplificador de conmutación configurado para recibir una onda cuadrada desde el oscilador 222 y emitir una onda sinusoidal. Por ejemplo, el circuito de excitación 224 puede ser un amplificador de clase E. El circuito de filtrado y adaptación 226 puede incluirse también para filtrar los armónicos u otras frecuencias no deseadas y adaptar la impedancia del transmisor 204 a la bobina de transmisión 214.

[0016] El receptor 208 puede incluir circuitería de recepción 210 que puede incluir un circuito de adaptación 232 y un circuito de rectificador y de conmutación 234 para generar una salida de potencia de CC a partir de una entrada de potencia de CA para cargar una batería 236 como se muestra en la FIG. 2 o para alimentar un dispositivo de alimentación (no mostrado) acoplado al receptor 108. El circuito de adaptación 232 puede incluirse para adaptar la impedancia de la circuitería de recepción 210 a la bobina de recepción 218. El receptor 208 y el transmisor 204 pueden comunicarse además en un canal de comunicación independiente 219 (por ejemplo, Bluetooth, ZigBee, celular, etc.). El receptor 208 y el transmisor 204 pueden comunicarse de forma alternativa mediante señalización en banda usando características del campo inalámbrico 206.

[0017] Como se describe en mayor detalle a continuación, el receptor 208, que puede tener inicialmente una carga asociada desactivable de manera selectiva (por ejemplo, la batería 236), puede configurarse para determinar si una cantidad de potencia transmitida por el transmisor 204 y recibida por el receptor 208 es apropiada para cargar una batería 236. Además, el receptor 208 puede estar configurado para activar una carga (por ejemplo, batería 236) tras determinar que la cantidad de potencia es apropiada. En algunos modos de realización, un receptor 208 puede estar configurado para utilizar directamente la potencia recibida de un campo de transferencia de potencia inalámbrica sin

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cargar una batería 236. Por ejemplo, un dispositivo de comunicación, tal como un dispositivo de comunicación de campo cercano (NFC) o de identificación por radiofrecuencia (RFID) puede configurarse para recibir potencia de un campo de transferencia de potencia inalámbrica y comunicarse interactuando con el campo de transferencia de potencia inalámbrica y/o utilizar la potencia recibida para comunicarse con un transmisor 204 u otros dispositivos.

[0018] La FIG. 3 es un diagrama esquemático de una parte de la circuitería de transmisión 206 o de la circuitería de recepción 210 de la FIG. 2, que incluye una bobina de transmisión o recepción 352, de acuerdo con modos de realización a modo de ejemplo de la invención. Como se ilustra en la FIG. 3, la circuitería de transmisión o recepción 350 utilizada en modos de realización a modo de ejemplo puede incluir una bobina 352. La bobina también puede denominarse o estar configurada como una antena de "bucle" 352. La bobina 352 también puede denominarse en el presente documento o estar configurada como una antena "magnética" o una bobina de inducción. El término "bobina" está concebido para referirse a un componente que puede emitir o recibir energía de manera inalámbrica para su acoplamiento a otra "bobina". La bobina también puede denominarse una "antena" de un tipo que está configurado para emitir o recibir potencia de manera inalámbrica. La bobina 352 puede estar configurada para incluir un núcleo de aire o un núcleo físico, tal como un núcleo de ferrita (no mostrado). Las bobinas de bucle con núcleo de aire pueden ser más tolerables para dispositivos físicos extraños situados en las proximidades del núcleo. Además, una bobina de bucle con núcleo de aire 352 permite la colocación de otros componentes en el área del núcleo. Además, un bucle con núcleo de aire puede permitir más fácilmente la colocación de la bobina de recepción 218 (FIG. 2) en un plano de la bobina de transmisión 214 (figura 2) donde la región en modo acoplado de la bobina de transmisión 214 (FIG. 2) puede ser más potente.

[0019] Como se indica, la transferencia eficiente de energía entre el transmisor 104 y el receptor 108 puede producirse durante la resonancia adaptada o casi adaptada entre el transmisor 104 y el receptor 108. Sin embargo, incluso cuando la resonancia entre el transmisor 104 y el receptor 108 no está adaptada, la energía puede transferirse, aunque la eficacia puede verse afectada. La transferencia de energía se produce acoplando la energía del campo 105 de la bobina transmisora a la bobina receptora que reside en el entorno donde se establece este campo 105 en lugar de propagando la energía de la bobina transmisora al espacio libre.

[0020] La frecuencia de resonancia de las bobinas de bucle o magnéticas se basa en la inductancia y en la capacitancia. La inductancia puede ser simplemente la inductancia creada por la bobina 352, mientras que la capacitancia se puede añadir a la inductancia de la bobina para crear una estructura resonante a una frecuencia de resonancia deseada. Como un ejemplo no limitativo, puede añadirse un condensador 352 y un condensador 354 a la circuitería de transmisión o recepción 350 para crear un circuito resonante que selecciona una señal 356 a una frecuencia de resonancia. Por consiguiente, para bobinas de mayor diámetro, el tamaño de la capacitancia necesaria para mantener la resonancia puede disminuir según aumenta el diámetro o la inductancia del bucle. Además, a medida que aumenta el diámetro de la bobina, puede aumentar el área eficaz de transferencia energética del campo cercano. También son posibles otros circuitos resonantes formados usando otros componentes. Según otro ejemplo no limitativo, puede colocarse un condensador en paralelo entre los dos terminales de la bobina 350. Para bobinas de transmisión, una señal 358, con una frecuencia que corresponde sustancialmente a la frecuencia de resonancia de la bobina 352, puede ser una entrada a la bobina 352.

[0021] En un modo de realización, el transmisor 104 puede estar configurado para emitir un campo magnético variable en el tiempo con una frecuencia correspondiente a la frecuencia de resonancia de la bobina de transmisión 114. Cuando el receptor está dentro del campo 105, el campo magnético variable en el tiempo puede inducir una corriente en la bobina de recepción 118. Tal como se ha descrito anteriormente, si la bobina de recepción 118 está configurada para ser resonante a la frecuencia de la bobina de transmisión 118, la energía puede transferirse de forma eficiente. La señal de CA inducida en la bobina de recepción 118 puede rectificarse como se ha descrito anteriormente para producir una señal de CC que puede proporcionarse para cargar o para alimentar una carga.

[0022] La FIG. 4 es un diagrama de bloques funcional de un transmisor 404 que se puede usar en el sistema de transferencia de potencia inalámbrica de la FIG. 1, de acuerdo con modos de realización a modo de ejemplo de la invención. El transmisor 404 puede incluir circuitería de transmisión 406 y una bobina de transmisión 414. La bobina de transmisión 414 puede ser la bobina 352 como se muestra en la FIG. 3. La circuitería de transmisión 406 puede proporcionar potencia de RF a la bobina de transmisión 414, proporcionando una señal oscilante que da como resultado la generación de energía (por ejemplo, flujo magnético) alrededor de la bobina de transmisión 414. El transmisor 404 puede funcionar en cualquier frecuencia adecuada. A modo de ejemplo, el transmisor 404 puede funcionar en la banda ISM de 13,56 MHz.

[0023] La circuitería de transmisión 406 puede incluir un circuito de adaptación de impedancia fija 409 para adaptar la impedancia de la circuitería de transmisión 406 (por ejemplo, 50 ohmios) a la bobina de transmisión 414 y un filtro de paso bajo (LPF) 408 configurado para reducir las emisiones de armónicos a niveles para evitar la auto- interferencia de los dispositivos acoplados a los receptores 108 (FIG. 1). Otros modos de realización a modo de ejemplo pueden incluir diferentes topologías de filtro, incluyendo, pero sin limitarse a, filtros de ranura que atenúan frecuencias específicas, dejando pasar otras, y pueden incluir una adaptación de impedancia adaptativa, que puede variarse basándose en métricas de transmisión medibles, tales como la potencia de salida a la bobina 414 o la corriente de CC consumida por el circuito de excitación 424. La circuitería de transmisión 406 también incluye un

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circuito de excitación 424 configurado para excitar una señal de RF, según lo determinado por un oscilador 423. La circuitería de transmisión 406 puede consistir en dispositivos o circuitos discretos o, de forma alternativa, puede consistir en un conjunto integrado. Una potencia de salida RF a modo de ejemplo de la bobina de transmisión 414 puede ser del orden de 2,5 vatios.

[0024] La circuitería de transmisión 406 puede incluir adicionalmente un controlador 415 para habilitar de manera selectiva el oscilador 423 durante las fases de transmisión (o ciclos de trabajo) para receptores específicos, para ajustar la frecuencia o la fase del oscilador 423, y para ajustar el nivel de potencia de salida para implementar un protocolo de comunicación para interactuar con dispositivos contiguos a través de sus receptores acoplados. Se hace notar que el controlador 415 también puede denominarse en el presente documento el procesador 415. El ajuste de la fase del oscilador y de la circuitería relacionada en el trayecto de transmisión puede permitir la reducción de emisiones fuera de banda, especialmente cuando transitan de una frecuencia a otra.

[0025] La circuitería de transmisión 406 puede incluir adicionalmente un circuito de detección de carga 416 para detectar la presencia o ausencia de receptores activos en la proximidad del campo cercano generado por la bobina de transmisión 414. A modo de ejemplo, un circuito de detección de carga 416 supervisa la corriente que fluye al circuito de excitación 424, que puede verse afectada por la presencia o ausencia de receptores activos en la proximidad del campo generado por la bobina de transmisión 414, como se describirá con mayor detalle a continuación. La detección de los cambios en la carga en el circuito de excitación 424 se monitoriza mediante el controlador 415 para su uso al determinar si habilitar el oscilador 423 para transmitir energía y para comunicarse con un receptor activo. Como se describe con más detalle a continuación, se puede usar una corriente medida en el circuito de excitación 424 para determinar si un dispositivo no válido está situado dentro de una región de transferencia de potencia inalámbrica del transmisor 404.

[0026] La bobina de transmisión 414 puede implementarse con un cable Litz o como una antena de parche con el grosor, anchura y tipo de metal seleccionados para mantener las pérdidas resistivas bajas. En una implementación convencional, la bobina de transmisión 414 puede configurarse en general para su asociación con una estructura mayor, tal como una mesa, alfombrilla, lámpara u otra configuración menos portátil. Por consiguiente, la bobina de transmisión 414 en general no necesitará "espiras" para ser de un tamaño práctico. Una implementación a modo de ejemplo de una bobina de transmisión 414 puede ser "eléctricamente pequeña" (es decir, fracción de la longitud de onda) y estar sintonizada para resonar a frecuencias útiles inferiores usando condensadores para definir la frecuencia de resonancia.

[0027] El transmisor 404 puede recopilar y seguir información sobre la localización y el estado de los dispositivos de recepción que pueden asociarse con el transmisor 404. Por lo tanto, la circuitería de transmisión 406 puede incluir un detector de presencia 480, un detector de cerrado 460, o una combinación de los mismos, conectados al controlador 415 (también denominado un procesador en el presente documento). El controlador 415 puede ajustar una cantidad de potencia suministrada por el circuito de excitación 424 en respuesta a las señales de presencia del detector de presencia 480 y el detector de cerrado 460. El transmisor 404 puede recibir potencia a través de varias fuentes de potencia, tales como, por ejemplo, un convertidor CA-CC (no mostrado) para convertir la potencia de CA convencional presente en un edificio, un convertidor CC-CC (no mostrado) para convertir una fuente de potencia de CC convencional en un voltaje adecuado para el transmisor 404, o directamente de una fuente de potencia CC convencional (no mostrada).

[0028] Como un ejemplo no limitativo, el detector de presencia 480 puede ser un detector de movimiento utilizado para detectar la presencia inicial de un dispositivo que se va a cargar que se introduce en el área de cobertura del transmisor 404. Después de la detección, el transmisor 404 puede encenderse y la potencia de RF recibida por el dispositivo puede usarse para conmutar un interruptor en el dispositivo de Rx de una manera predeterminada, que a su vez da como resultado cambios en la impedancia del punto de excitación del transmisor 404.

[0029] Como otro ejemplo no limitativo, el detector de presencia 480 puede ser un detector capaz de detectar un ser humano, por ejemplo, mediante detección de infrarrojos, detección de movimiento u otros medios adecuados. En algunos modos de realización a modo de ejemplo, puede haber normativas que limiten la cantidad de potencia que una bobina de transmisión 414 puede transmitir a una frecuencia específica. En algunos casos, estas normativas pretenden proteger a los seres humanos de la radiación electromagnética. Sin embargo, puede haber entornos en los que una bobina de transmisión 414 se coloque en áreas no ocupadas por seres humanos, o no ocupadas frecuentemente por seres humanos, tales como, por ejemplo, garajes, plantas de producción, tiendas y similares. Si en estos entornos no hay seres humanos, puede ser permisible aumentar la potencia de salida de la bobina de transmisión 414 por encima de las normativas de restricciones de potencia normales. En otras palabras, el controlador 415 puede ajustar la potencia de salida de la bobina de transmisión 41 4 a un nivel reglamentario o inferior en respuesta a la presencia de seres humanos y ajustar la potencia de salida de la bobina de transmisión 414 a un nivel por encima del nivel reglamentario cuando un ser humano está fuera de una distancia reglamentaria del campo electromagnético de la bobina de transmisión 414.

[0030] Como un ejemplo no limitativo, el detector de cerrado 460 (también puede denominarse en el presente documento un detector de compartimiento cerrado o un detector de espacio cerrado) puede ser un dispositivo, tal

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como un interruptor de detección para determinar cuándo un recinto está en un estado cerrado o abierto. Cuando un transmisor está en un recinto que está en un estado cerrado, puede aumentarse un nivel de potencia del transmisor.

[0031] En modos de realización a modo de ejemplo, puede usarse un procedimiento mediante el cual el transmisor 404 no permanezca encendido indefinidamente. En este caso, el transmisor 404 puede programarse para apagarse después de una cantidad de tiempo determinada por el usuario. Esta característica evita que el transmisor 404, en particular el circuito de excitación 424, funcione mucho tiempo después de que los dispositivos inalámbricos en su perímetro estén completamente cargados. Este evento puede deberse al fallo del circuito para detectar la señal enviada desde el repetidor o bien la bobina receptora de que un dispositivo está completamente cargado. Para evitar que el transmisor 404 se apague automáticamente si otro dispositivo se coloca en su perímetro, la característica de apagado automático del transmisor 404 puede activarse únicamente después de un periodo de tiempo establecido de falta de movimiento detectado en su perímetro. El usuario puede ser capaz de determinar el intervalo de tiempo de inactividad, y cambiarlo según sea necesario. Como un ejemplo no limitativo, el intervalo de tiempo puede ser mayor del necesario para cargar completamente un tipo específico de dispositivo inalámbrico bajo la suposición de que el dispositivo inicialmente está totalmente descargado.

[0032] La FIG. 5 es un diagrama de bloques funcionales de un receptor 508 que se puede usar en el sistema de transferencia de potencia inalámbrica de la FIG. 1, de acuerdo con modos de realización a modo de ejemplo de la invención. El receptor 508 incluye circuitería de recepción 510 que puede incluir una bobina de recepción 518. El receptor 508 se acopla adicionalmente al dispositivo 550 para proporcionar la potencia recibida al mismo. Debe apreciar que el receptor 508 se ilustra como externo al dispositivo 550, pero puede integrarse en el dispositivo 550. La energía se puede propagar de forma inalámbrica a la bobina de recepción 518 y después acoplarse, a través del resto de la circuitería de recepción 510, al dispositivo 550. A modo de ejemplo, el dispositivo de carga puede incluir dispositivos tales como teléfonos móviles, reproductores de música portátiles, ordenadores portátiles, ordenadores de tableta, dispositivos informáticos periféricos, dispositivos de comunicación (por ejemplo, dispositivos de Bluetooth), cámaras digitales, audífonos (y otros dispositivos médicos) y similares.

[0033] La bobina de recepción 518 puede sintonizarse para resonar a la misma frecuencia, o dentro de un rango de frecuencias especificado, que la bobina de transmisión 414 (FIG. 4). La bobina de recepción 518 puede dimensionarse de forma análoga a la bobina de transmisión 414 o puede dimensionarse de forma diferente, basándose en las dimensiones del dispositivo asociado 550. A modo de ejemplo, el dispositivo 550 puede ser un dispositivo electrónico portátil que tiene una dimensión diametral o longitudinal menor que el diámetro o la longitud de la bobina de transmisión 414. En tal ejemplo, la bobina de recepción 518 puede implementarse como una bobina de múltiples espiras con el fin de reducir el valor de la capacitancia de un condensador de sintonización (no mostrado) y aumentar la impedancia de la bobina de recepción. A modo de ejemplo, la bobina de recepción 518 puede colocarse alrededor de la circunferencia esencial del dispositivo 550 con el fin de maximizar el diámetro de la bobina y reducir el número de espiras del bucle (es decir, devanados) de la bobina de recepción 518 y la capacitancia de inter-devanado.

[0034] La circuitería de recepción 510 puede proporcionar una adaptación de impedancia con respecto a la bobina de recepción 518. La circuitería de recepción 510 incluye un circuito de conversión de potencia 506 para convertir una fuente de energía de RF recibida en potencia de carga para su uso por el dispositivo 550. La circuitería de conversión de potencia 506 incluye un convertidor RF a CC 520 y también puede incluir un convertidor de CC a CC 522. El convertidor de RF a CC 520 rectifica la señal de energía de RF recibida en la bobina de recepción 518 convirtiéndola en una potencia no alterna con un voltaje de salida representado por Vrect. El convertidor de CC a CC 522 (u otro regulador de potencia) convierte la señal de energía de RF rectificada en un potencial de energía (por ejemplo, voltaje) que es compatible con el dispositivo 550 con un voltaje de salida y una corriente de salida representados por Vout e Ut. Se contemplan diversos convertidores de RF a CC, incluyendo rectificadores parciales y completos, reguladores, puentes, dobladores, así como convertidores lineales y de conmutación.

[0035] La circuitería de recepción 510 puede incluir adicionalmente circuitería de conmutación 512 para conectar la bobina de recepción 518 a la circuitería de conversión de potencia 506 o, de forma alternativa, para desconectar la circuitería de conversión de potencia 506. La desconexión de la bobina de recepción 518 de la circuitería de conversión de potencia 506 no sólo suspende la carga del dispositivo 550, sino que también cambia la "carga" como "vista" por el transmisor 404 (FIG. 2).

[0036] Como se ha divulgado anteriormente, el transmisor 404 incluye el circuito de detección de carga 416 que puede detectar fluctuaciones en la corriente de polarización proporcionada al circuito de excitación del transmisor 424. Por consiguiente, el transmisor 404 tiene un mecanismo para determinar cuando los receptores están presentes en el campo cercano del transmisor.

[0037] Cuando están presentes múltiples receptores 508 en un campo cercano de un transmisor, puede ser deseable multiplexar en el tiempo la carga y descarga de uno o más de los receptores para permitir que otros receptores se acoplen más eficientemente al transmisor. Un receptor 508 también puede ocultarse para eliminar el acoplamiento con otros receptores cercanos o para reducir la carga en los transmisores cercanos. Esta "descarga" de un receptor también se conoce en el presente documento como un "encubrimiento". Ademas, esta conmutación

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entre descarga y carga controladas mediante el receptor 508 y detectadas mediante el transmisor 404 puede proporcionar un mecanismo de comunicación del receptor 508 al transmisor 404 como se explica en mayor detalle a continuación. Adicionalmente, puede asociarse un protocolo con la conmutación que permita el envío de un mensaje del receptor 508 al transmisor 404. A modo de ejemplo, una velocidad de conmutación puede ser del orden de 100 psec.

[0038] En un modo de realización a modo de ejemplo, la comunicación entre el transmisor 404 y el receptor 508 se refiere a un mecanismo de control de detección y carga de dispositivo, en lugar de una comunicación de dos vías convencional (es decir, señalización en banda utilizando el campo de acoplamiento). En otras palabras, el transmisor 404 puede usar la activación/desactivación de la señal transmitida para ajustar si la energía está disponible en el campo cercano. El receptor puede interpretar estos cambios de energía como un mensaje del transmisor 404. Desde el lado del receptor, el receptor 508 puede usar sintonización y des-sintonización de la bobina de recepción 518 para ajustar cuánta potencia se acepta del campo. En algunos casos, la sintonización y la des-sintonización pueden realizarse a través de la circuitería de conmutación 512. El transmisor 404 puede detectar esta diferencia de potencia usada del campo e interpretar estos cambios como un mensaje del receptor 508. Se observa que pueden utilizarse otras formas de modulación de la potencia de transmisión y el comportamiento de la carga.

[0039] La circuitería de recepción 510 puede incluir adicionalmente un detector de señalización y circuitería de baliza 514 usada para identificar fluctuaciones de la energía recibida, que pueden corresponder a señalización de información del transmisor al receptor. Ademas, la señalización y la circuitería de baliza 514 también pueden usarse para detectar la transmisión de una energía de la señal de RF reducida (es decir, una señal de baliza) y para rectificar la energía de la señal de RF reducida en una potencia nominal para activar circuitos no alimentados o agotados en la circuitería de recepción 510 con el fin de configurar la circuitería de recepción 510 para la carga inalámbrica.

[0040] La circuitería de recepción 510 incluye adicionalmente el procesador 516 para coordinar los procesos del receptor 508 descritos en el presente documento, incluyendo el control de la circuitería de conmutación 512 descrito en el presente documento. El encubrimiento del receptor 508 también puede producirse tras la aparición de otros eventos, incluyendo la detección de una fuente de carga externa por cable (por ejemplo, alimentación de pared/USB) que proporciona potencia de carga al dispositivo 550. El procesador 516, además de controlar el encubrimiento del receptor, también puede supervisar la circuitería de baliza 514 para determinar un estado de baliza y extraer mensajes enviados desde el transmisor 404. El procesador 516 también puede ajustar el convertidor de CC a CC 522 para un mejor rendimiento.

[0041] La FIG. 6 representa un diagrama esquemático de un amplificador de excitación diferencial con dispositivo de conmutación individual a modo de ejemplo 624 de acuerdo con algunos aspectos. En ciertos aspectos, el amplificador de excitación diferencial 624 puede corresponder al circuito de excitación 224 de la FlG. 2. El amplificador 624 incluye una red RLC (resistencia/inductor/condensador) superior 670 conectada a un voltaje de alimentación (+Vcc), y una red RLC inferior 672 conectada a tierra. La red superior 670 y la red inferior 672 comparten un dispositivo de conmutación 671, que flota entre las dos redes. El dispositivo de conmutación 671 puede recibir una señal de control o de excitación que puede controlar las operaciones de conmutación del dispositivo de conmutación 671. El dispositivo de conmutación 671 también puede definir dos nodos de salida n1 y n2, donde están presentes respectivamente las señales de salida diferenciales. La señal de control o de excitación puede hacer que el dispositivo de conmutación modifique su estado de conducción. De esta manera, pueden producirse señales de salida diferenciales en el nodo n1 y el nodo n2 que son sustancialmente iguales y opuestas entre sí.

[0042] La red RLC superior 670 puede adaptarse con la red RLC inferior 672, de tal manera que las características (por ejemplo, resistencias, capacitancias, inductancias, y similares) de los componentes de las redes son sustancialmente idénticos. De acuerdo con algunos modos de realización de ejemplo, el dispositivo de conmutación 671 puede conectarse entre los inductores (también denominados devanados o bobinas) L1 y L2, que pueden estar adaptados y fuertemente acoplados. Los inductores L3 y L4 también pueden estar adaptados y fuertemente acoplados.

[0043] Tal como se utiliza en el presente documento, el término "flotar" puede utilizarse para indicar que un dispositivo no está conectado a un potencial fijo (por ejemplo, +Vcc o tierra). Por ejemplo, un dispositivo puede ser flotante si está conectado a través de componentes de impedancia distinta de cero, tales como inductores o condensadores, a un potencial fijo. Así pues, el potencial en un terminal de un componente flotante puede tender a fluctuar o flotar con respecto a un potencial fijo.

[0044] El dispositivo de conmutación 671, que puede realizarse como un transistor (por ejemplo, un transistor de efecto de campo o similar), puede conmutar a abierto o a cerrado en respuesta a una señal de control o de excitación, tal como la onda cuadrada representada en la FlG. 6. De acuerdo con diversos modos de realización de ejemplo, las corrientes I1 e I2 en las redes superior e inferior están en direcciones opuestas en las respectivas redes. Como consecuencia de las operaciones de conmutación realizadas por el dispositivo de conmutación 671 y las corrientes I1 e I2, pueden generarse señales de salida diferenciales en los nodos n1 y n2. Debido al efecto de

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acoplamiento del inductor L3 con el inductor L4, las señales de salida diferenciales generadas en los nodos ni y n2 pueden interactuar para eliminar el ruido presente en la señal de entrada. Así pues, la carga RL puede recibir una señal que tiene una reducción asociada tanto en ruido conducido como radiado.

[0045] Como se ha indicado anteriormente, el acoplamiento entre los inductores L3 y L4 puede facilitar la reducción en el ruido proporcionado por el amplificador. Para maximizar la cancelación del ruido, los inductores L3 y L4 pueden colocarse lo más juntos posible de tal manera que los inductores estén fuertemente acoplados. En la práctica, un diseñador puede desear acercarse todo lo posible al caso hipotético de la cancelación total del ruido, evitando al mismo tiempo la cancelación perfecta de las señales. De acuerdo con algunos modos de realización de ejemplo, se puede utilizar un par de inductores fuertemente acoplados que se combinan en un único paquete, tal como el Coiltronix DRQ127-470-R, lo que da como resultado que los inductores están tan fuertemente acoplados como es posible. Como consecuencia del fuerte acoplamiento, la corriente en cada uno de los inductores puede forzarse a ser casi equivalente en valor, lo que facilita la generación de las señales orientadas de manera inversa. De acuerdo con modos de realización de ejemplo en los que los inductores se incluyen en el mismo paquete (por ejemplo, un sistema de potencia inalámbrica), los inductores L3 y L4 pueden ser bobinas entrelazadas usadas para transmitir potencia inalámbrica a una o más bobinas secundarias y pueden utilizar un acoplamiento fuerte manteniendo los inductores muy próximos.

[0046] La FIG. 7 ilustra un circuito de excitación 722 de acuerdo con algunos modos de realización de ejemplo. En ciertos aspectos, el circuito de excitación 722 puede corresponder al oscilador 222 de la FIG. 2. El circuito de excitación 722 puede recibir una señal de entrada en 781 y proporcionar una señal de excitación en 784 a la puerta del dispositivo de conmutación 771. La señal de excitación en 784 puede generarse mediante un transformador de excitación de puerta 782 y una red de puente H 783. De acuerdo con algunos modos de realización de ejemplo, para generar la señal de excitación en 784 para un dispositivo de conmutación, puede implementarse un esquema de excitación aislado utilizando el transformador 782. De acuerdo con algunos modos de realización de ejemplo, el transformador 782 puede ser un transformador de impulsos. El transformador 782 puede detectar la diferencia de voltaje a través de sus terminales de entrada y aplicar el mismo voltaje a través de sus terminales de salida. Conectando los terminales de salida del transformador 782 a través de la puerta y la fuente del dispositivo de conmutación 771, la conmutación puede realizarse incluso aunque la fuente y el drenaje estén flotando entre n1 y n2.

[0047] En algunos modos de realización de ejemplo, el dispositivo de conmutación 771 puede estar diseñado para conmutar a una velocidad rápida, lo que puede requerir una señal de excitación que cambie rápidamente en la puerta del dispositivo de conmutación. Para conseguir la señal de excitación que cambia rápidamente, se puede utilizar el circuito del puente H 783. Con referencia a la FIG. 6, el circuito del puente H 783 puede incluir diodos, D1 y D2, y transistores de unión bipolar (BJT), B1 y B2. Los diodos y los condensadores, C1 y C2, pueden formar un circuito duplicador de voltaje, que se puede utilizar para generar un voltaje de corriente continua (CC) entre los nodos n4 y n2. Los BJT se pueden configurar en una configuración de contrafase para excitar la puerta del dispositivo de conmutación 771 utilizando este voltaje de CC. Una configuración de contrafase puede basarse en varias características inherentes de los BJT. B1 puede ser un transistor PNP y actuar como un conmutador cerrado entre el colector (conectado al nodo n4) y el emisor (conectado al nodo ng), mientras que el voltaje de la base del BJT (conectada al nodo n3) puede ser mayor que el voltaje en el emisor . Por otro lado, B2 puede ser un transistor NPN y actuar como un conmutador cerrado entre su colector (conectado al nodo n2) y el emisor (conectado al nodo ng) mientras que el voltaje de su base (conectada al nodo n3) puede ser menor que el voltaje en el emisor. Cuando no funcionan como un conmutador cerrado, tanto B1 como B2 pueden actuar como conmutadores abiertos.

[0048] Cuando el transformador fuerza a que el voltaje del nodo n3 sea mayor que el voltaje en el nodo n2, B1 puede detectar un voltaje positivo entre los terminales de su base y su emisor dando lugar a una corriente que fluye desde el condensador C1 a la puerta del dispositivo de conmutación 771. Asimismo, B2 puede detectar la tensión menor entre su base y su emisor haciendo que la puerta del dispositivo de conmutación 771 se descargue en el nodo n2. En consecuencia, el puente H 783 proporciona un aumento y una disminución rápidas del voltaje de la señal en la puerta del dispositivo de conmutación 771 (con respecto a la fuente) permitiendo de este modo una conmutación rápida.

[0049] La FIG. 8 representa un sistema de potencia inalámbrica de ejemplo 800 de acuerdo con diversos aspectos. El sistema de potencia inalámbrica de la FIG. 8 puede incluir un transmisor de potencia inalámbrico 804 y un receptor de potencia inalámbrico 808. El transmisor de potencia inalámbrico 804 puede incluir un amplificador de excitación diferencial 824, que, a su vez, puede incluir un dispositivo de conmutación individual 871 y un circuito de excitación 822. En ciertos aspectos, el circuito de excitación 822 y el amplificador de excitación diferencial 824 pueden corresponder al circuito de excitación 722 y al amplificador de excitación diferencial 624 de las FIG. 6 y 7, respectivamente. El circuito de excitación 822 puede recibir una señal de entrada 802. El transmisor de potencia inalámbrico 804 también puede incluir una red de alimentación 825 y bobinas primarias 814. El receptor de potencia inalámbrico 808 puede incluir bobinas secundarias 818, un rectificador 834 y una carga 850, que puede ser una carga dinámica. En algunos modos de realización de ejemplo, la carga 850 puede ser una batería recargable para un dispositivo electrónico.

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[0050] De acuerdo con diversos aspectos, el sistema de potencia inalámbrica de la FIG. 8 implementa operaciones de conmutación para convertir un voltaje de CC proporcionado por la red de alimentación 825 en una señal de alta frecuencia. El amplificador de excitación diferencial 824 puede funcionar, como se ha descrito anteriormente, para generar dos señales de salida de alta frecuencia que son diferenciales y sustancialmente iguales y opuestas. Las señales de salida diferenciales pueden entregarse a bobinas primarias respectivas que están colocadas para proporcionar cancelación del ruido a través de un acoplamiento de las bobinas primarias 814. Las bobinas primarias 814 pueden estar orientadas de tal manera que las corrientes en las bobinas fluyen en la misma dirección, proporcionando de este modo cancelación del ruido al mismo tiempo que tienen un efecto mínimo en la generación del campo magnético de las bobinas primarias 814. Debido a la dirección de la corriente, se pueden generar campos magnéticos que tienen la misma polaridad. El campo magnético puede inducir una corriente en la una o más bobinas secundarias del receptor de potencia inalámbrico 818. La una o más bobinas secundarias 818 pueden recibir una señal de corriente alterna (CA) inducida, que puede entonces rectificarse, a través del rectificador 834, y entregarse a una carga 850.

[0051] De acuerdo con algunos aspectos, las bobinas primarias 814 pueden estar configuradas para facilitar la cancelación del ruido coubicando voltajes sustancialmente iguales y opuestos en cualquier posición en una superficie plana definida por las bobinas primarias 814. De acuerdo con algunos modos de realización de ejemplo, las bobinas primarias 814 se pueden configurar para coubicar voltajes sustancialmente iguales y opuestos en cualquier posición en un espacio tridimensional que rodea a la red de bobinas primarias. De acuerdo con varios modos de realización de ejemplo, las bobinas primarias 814 se pueden excitar mediante señales de salida diferenciales, tal como se ha descrito anteriormente. Sin embargo, de acuerdo con algunos modos de realización de ejemplo, las disposiciones y configuraciones de las bobinas primarias descritas en el presente documento se pueden utilizar junto con cualquier tipo de amplificador de excitación diferencial, incluyendo, pero sin estar limitado a, un amplificador de excitación diferencial con dispositivo de conmutación individual como se ha descrito en el presente documento. Por ejemplo, las disposiciones y configuraciones de las bobinas primarias se pueden utilizar con un amplificador de excitación diferencial que incluye múltiples dispositivos de conmutación y/o transistores.

[0052] Con respecto a la configuración de la posición de las bobinas primarias 814, cada bobina primaria puede devanarse como una espiral en un plano geométrico. Para facilitar la coubicación de los voltajes, la distancia entre cada espira de una bobina puede aumentar a medida que la configuración en espiral se desplaza hacia el centro de un área. La primera bobina y la segunda bobina pueden, por lo tanto, tener una configuración en espiral sustancialmente dentro de un plano común que proporciona la coubicación de voltajes sustancialmente iguales y opuestos dentro de la primera y segunda bobinas, respectivamente, en cualquier posición en el plano común. De acuerdo con algunos modos de realización de ejemplo, se puede utilizar una única bobina que se cierra en espiral hasta un punto o área central, y a continuación se vuelve a abrir en espiral. Así pues, puede construirse una disposición de bobinas con dos bobinas que están conectadas en una posición central para conseguir una realización de una única bobina.

[0053] La FIG. 9 ilustra una vista en perspectiva de una disposición de dos bobinas a modo de ejemplo de acuerdo con diversos aspectos. La FIG. 10 ilustra una vista superior de una disposición de dos bobinas a modo de ejemplo de acuerdo con diversos aspectos de ejemplo. La FIG. 11 ilustra una vista superior del aspecto de la FIG. 10 con solo una primera bobina representada, y la FIG. 12 ilustra una vista superior del aspecto de la FIG. 10 con solo una segunda bobina representada.

[0054] En algunos aspectos, las bobinas primarias 814 de la FIG. 8 puede formarse como las dos estructuras de bobinas de las FIG. 9 y 10. Cada bobina puede excitarse mediante una señal que es sustancialmente igual y opuesta con respecto a una señal que excita la otra bobina. Una bobina puede estar devanada en sentido antihorario, mientras que la otra bobina puede estar devanada en sentido horario. Una bobina puede ser sustancialmente un reflejo de la otra bobina y tener la misma longitud total que la otra bobina. Las dos bobinas se pueden configurar en conjunto para crear una estructura de bobina única colocando una bobina encima, debajo o entrelazada con la otra bobina. Las dos disposiciones de bobinas de las FIG. 9 y 10, por ejemplo, pueden formar una estructura de bobina única en la que las bobinas están colocadas sustancialmente en un plano común y tienen un centro común. En algunos aspectos, una estructura de bobina única puede incluir en su lugar una bobina o tres o más bobinas. En ciertos aspectos, la estructura de bobina única se puede utilizar adicionalmente como una bobina receptora tal como las bobinas secundarias 818 de la FIG. 8.

[0055] Una estructura de bobina única puede ser no plana en algunos aspectos y plana con un plano flexible en otros aspectos. La estructura de bobina única puede tener cualquier forma simétrica, incluyendo la rectangular o la circular, por ejemplo. La estructura de bobina única puede orientarse en varias orientaciones, incluyendo vertical, horizontal y diagonal, entre otras posibilidades. Además, la estructura de bobina única puede colocarse sobre o en una variedad de elementos incluyendo superficies, paredes, cinta y dispositivos electrónicos portátiles, entre otras posibilidades.

[0056] En algunos aspectos, la parte de una estructura de bobina única utilizada para la entrada de la señal en cada bobina puede introducirse desde una posición distinta de una esquina a lo largo del borde de la estructura de bobina única. Por ejemplo, la señal puede introducirse en perpendicular al lado superior de la estructura de bobina única a

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lo largo de un borde central superior como se ilustra en la FIG. 10.

[0057] Cada esquina de una estructura de bobina única puede tener un radio de espira mínimo. En aspectos particulares, el radio de espira mínimo puede ser de aproximadamente 5 milímetros. El radio de espira mínimo puede ser mayor o menor en otros aspectos.

[0058] Una bobina de recepción, tal como las bobinas secundarias 818 de la FIG. 8, se puede colocar encima o debajo de un perímetro o área interior de la estructura de bobina única. La bobina de recepción puede estar a una primera distancia de una bobina de la estructura de bobina única y a una segunda distancia de otra bobina de la estructura de bobina única. En algunos aspectos, cada una de la primera y la segunda distancias pueden estar en un intervalo de 3 milímetros a 40 milímetros. En otros aspectos, la primera y la segunda distancias pueden ser de menos de 3 milímetros o de más de 40 milímetros. Además, en algunos aspectos, la primera distancia puede ser igual a la segunda distancia, de tal manera que la primera y la segunda bobinas de la estructura de bobina única pueden estar ubicadas muy cerca y ubicadas sustancialmente en un plano común.

[0059] La FIG. 13 ilustra una vista lateral de una sección transversal de ejemplo 1300 de una estructura de bobina única desde un centro 1302 a una espira más exterior 1312 (es decir, la quinta espira) de la estructura de bobina única. Las separaciones entre espiras consecutivas de la estructura de bobina única se pueden representar como variables y se determinan como una función de la distancia a lo largo de la sección transversal de la estructura de bobina única desde el centro 1302 hasta la espira más externa 1312. La estructura de bobina única ilustrada incluye N espiras (por ejemplo, cinco espiras), incluyendo una primera espira 1304, una segunda espira 1306, una tercera espira 1308, una cuarta espira 1310 y la espira más exterior 1312. La distancia desde el centro 1302 a una i-ésima espira (por ejemplo, la tercera espira) se denota como di, y la distancia desde el centro 1302 al centro de la espira más exterior 1312 se denota como D/2.

[0060] En algunos aspectos, la distancia di a lo largo de una sección transversal desde el centro de una estructura de bobina única hasta una espira i-ésima está dada por la función de la Ecuación 1.

d A~r '

Ecuación 1: 2 l-rv 1

_D

dónde 2 es una distancia desde el centro hasta la espira más externa, res un valor que corresponde a separaciones entre espiras de la estructura en espiral única, N es una suma de un número total de espiras de la estructura en espiral única, e i es un número que corresponde a la espira particular. En algunos aspectos, la Ecuación 1 describe de manera adicional o alternativa una distancia a lo largo de una sección transversal desde el centro de una espira de una estructura de bobina única hasta una i-ésima espira. Además, en algunos aspectos, una distancia a lo largo de una sección transversal desde el centro de una estructura de bobina única o el centro de una espira de la estructura de bobina única a una espira i-ésima viene dada de manera adicional o alternativa por una función en la que la distancia es proporcional a D e i e inversamente proporcional a N.

[0061] Como una línea de sección transversal de ejemplo, la FIG. 10 ilustra una vista superior de una línea de sección transversal dibujada en una estructura de bobina única. Como se ilustra, cada bobina de la estructura de bobina única puede compartir una línea de sección transversal común que se encuentra sustancialmente en un plano común. La línea de sección transversal cruza de manera alterna seis espiras de la estructura de bobina única de dos bobinas, cruzando tres espiras de cada una de las dos bobinas. Las separaciones, tales como las separaciones de S1, S2, S3, entre espiras consecutivas en general aumentan desde una espira más exterior hasta el centro de la estructura de bobina única.

[0062] La FIG. 14 es un gráfico 1400 de la inductancia mutua normalizada frente a la posición para una estructura de bobina única de ejemplo. Los valores de inductancia mutua 1402 en el gráfico 1400 muestran la inductancia mutua para una sección transversal 1404 de una estructura de bobina única con respecto a una bobina receptora en posiciones 10 milímetros por encima de la sección transversal. Los valores de inductancia mutua 1402 se normalizan mediante una inductancia mutua máxima de las posiciones a lo largo de la sección transversal. La bobina de recepción utilizada para construir el gráfico 1400 fue una bobina de una espira con una anchura finita de 44 milímetros, en la que el campo a través de la bobina de recepción se promedió para determinar una distribución de la inductancia mutua. Además, a lo largo del eje de posición, una vista lateral ilustrativa de la sección transversal 1404 para cada espira de la estructura de bobina única se muestra como múltiples O, proporcionando un sentido de las espiras y separaciones que dieron como resultado la distribución de inductancia mutua ilustrada.

[0063] De igual modo, la FIG. 15 es un gráfico 1500 de la inductancia mutua normalizada frente a la posición para una estructura de bobina única de ejemplo. Los valores de inductancia mutua 1502 en el gráfico 1500 muestran la inductancia mutua para una sección transversal 1504 de una estructura de bobina única con respecto a una bobina receptora en posiciones 10 milímetros por encima de la sección transversal. Los valores de inductancia mutua 1502

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se normalizan mediante una inductancia mutua máxima de las posiciones a lo largo de la sección transversal. La bobina de recepción utilizada para construir el gráfico 1500 fue una bobina de una espira con una anchura finita de 44 milímetros, en la que el campo a través de la bobina de recepción se promedió para determinar una distribución de la inductancia mutua. Además, a lo largo del eje de posición, una vista lateral ilustrativa de la sección transversal 1504 para cada espira de la estructura de bobina única se muestra como múltiples O, proporcionando un sentido de las espiras y separaciones que dieron como resultado la distribución de inductancia mutua ilustrada.

[0064] Comparando las distribuciones de las FIG. 14 y 15, se puede observar que separaciones variables entre espiras de una estructura de bobina única dan como resultado una variación entre una inductancia mutua normalizada máxima y mínima de la distribución. De manera ventajosa, una menor variación entre la inductancia mutua normalizada máxima y mínima corresponde a una mayor uniformidad del campo magnético generado por la sección transversal de la estructura de bobina única. En consecuencia, las separaciones entre espiras de una estructura de bobina única pueden diseñarse de tal manera que la inductancia mutua normalizada mínima exceda un porcentaje de la inductancia mutua normalizada máxima a lo largo de algunas o todas las secciones transversales de una estructura de bobinas primarias. Por ejemplo, las separaciones entre espiras pueden seleccionarse de tal manera que una inductancia mutua normalizada mínima exceda el 50% o el 65% de una inductancia mutua normalizada máxima a lo largo de algunas o todas las secciones transversales de una estructura de bobina única. Se pueden utilizar otros umbrales de inductancia mutua mínima en algunos aspectos. Además, de manera ventajosa, en ciertos aspectos, aplicando umbrales de inductancia mutua mínima a varias secciones transversales de una estructura de bobina única, la estructura de bobina única se forma para crear un campo magnético tridimensional sustancialmente uniforme a una distancia por encima o por debajo de la estructura de bobina única.

[0065] En algunos aspectos, las separaciones entre espiras pueden diseñarse de tal manera que la variación entre la inductancia mutua normalizada máxima y mínima se minimice sustancialmente. Por ejemplo, el valor de r en la Ecuación 1 puede obtenerse o seleccionarse de tal manera que partes de la estructura de bobina única a lo largo de una sección transversal tengan una diferencia entre una inductancia mutua normalizada máxima y mínima que varíe menos que para otros valores de r. En un aspecto, el valor de r puede estar en el intervalo de aproximadamente 0,65 a 0,68 ya que un valor de aproximadamente 0,67 puede resultar en una diferencia mínima entre la inductancia mutua normalizada máxima y mínima. Cuando el valor de r es aproximadamente 0,67, una diferencia porcentual entre la inductancia mutua normalizada máxima y mínima a lo largo de la sección transversal puede ser tan baja como aproximadamente el 21%.

[0066] Las separaciones entre espiras de una estructura de bobina única pueden aumentar en general desde una espira exterior hasta el centro de la estructura de bobina única. Dicho aumento en las separaciones puede permitir la generación de una distribución del campo magnético sustancialmente uniforme por encima o por debajo de la estructura de bobina única. De manera ventajosa, en ciertos aspectos, el campo magnético sustancialmente uniforme puede construirse sin utilizar un bucle parásito, reduciendo las pérdidas debidas a la resistencia añadida del bucle parásito. La distancia desde la estructura de bobina única hasta la zona en la que el campo magnético sustancialmente uniforme es más fuerte puede ser de aproximadamente 3 milímetros a 40 milímetros por encima o por debajo de la estructura de bobina única en algunos aspectos. Además, la estructura de bobina única puede dimensionarse para producir un campo magnético suficientemente grande para cargar simultáneamente más de un teléfono móvil. Dados los aspectos a modo de ejemplo analizados en la presente divulgación, el campo magnético uniforme también puede permitir que los dispositivos reciban potencia de forma inalámbrica incluso por encima de los bordes exteriores de la estructura de bobinas primarias.

[0067] Las separaciones entre espiras consecutivas de una estructura de bobina única pueden diseñarse para aumentar desde una espira más exterior hasta el centro de la estructura de bobina única, en parte, de tal manera que pueden disminuirse las resistencias de corriente alterna a altas frecuencias. En ciertos aspectos, un diseño de este tipo puede ser eficaz para disminuir la resistencia y las correspondientes pérdidas de energía en frecuencias de funcionamiento de aproximadamente 6,78 MHz.

[0068] La información y las señales se pueden representar utilizando cualquiera de diversas tecnologías y técnicas diferentes. Por ejemplo, los datos, las instrucciones, los comandos, la información, las señales, los bits, los símbolos y los chips que puedan haber sido mencionados a lo largo de la descripción anterior pueden representarse mediante voltajes, corrientes, ondas electromagnéticas, campos o partículas magnéticos, campos o partículas ópticos o cualquier combinación de los mismos.

[0069] Los diversos bloques lógicos, módulos, circuitos y pasos de algoritmo ilustrativos descritos en relación con los modos de realización divulgados en el presente documento pueden implementarse como hardware electrónico, software informático o combinaciones de ambos. Para ilustrar claramente esta intercambiabilidad de hardware y software, anteriormente diversos componentes, bloques, módulos, circuitos y etapas ilustrativo se han descrito, en general, en lo que respecta a su funcionalidad. Que dicha funcionalidad se implemente como hardware o software depende de la aplicación particular y de las restricciones de diseño impuestas al sistema global. La funcionalidad descrita se puede implementar de formas variables para cada aplicación particular, pero no debe interpretarse que tales decisiones de implementación suponen un alejamiento del alcance de los modos de realización de la invención.

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[0070] Los diversos bloques, módulos y circuitos ilustrativos descritos en relación con los modos de realización divulgados en el presente documento pueden implementarse o realizarse con un procesador de propósito general, con un procesador de señales digitales (DSP), con un circuito integrado específico de la aplicación (ASIC), con una matriz de puertas programables por campo (FPGA) o con otro dispositivo de lógica programable, puerta discreta o lógica de transistores, componentes de hardware discretos, o con cualquier combinación de los mismos diseñada para realizar las funciones descritas en el presente documento. Un procesador de uso general puede ser un microprocesador pero, como alternativa, el procesador puede ser cualquier procesador, controlador, microcontrolador o máquina de estados convencional. Un procesador también puede implementarse como una combinación de dispositivos informáticos, por ejemplo, una combinación de un DSP y un microprocesador, una pluralidad de microprocesadores, uno o más microprocesadores junto con un núcleo de DSP o cualquier otra configuración de este tipo.

[0071] Los pasos de un procedimiento o algoritmo y las funciones descritas en relación con los modos de realización divulgados en el presente documento pueden realizarse directamente en hardware, en un módulo de software ejecutado por un procesador o en una combinación de los dos. Si se implementan en software, las funciones, como una o más instrucciones o código, pueden almacenarse en, o transmitirse por, un medio no transitorio tangible, legible por ordenador. Un módulo de software puede residir en memoria de acceso aleatorio (RAM), memoria flash, memoria de solo lectura (ROM), memoria ROM eléctricamente programable (EPROM), memoria ROM programable eléctricamente borrable (EEPROM), registros, un disco duro, un disco extraíble, un CD-ROM o en cualquier otra forma de medio de almacenamiento conocida en la técnica. Un medio de almacenamiento está acoplado con el procesador de modo que el procesador puede leer información de, y escribir información en, el medio de almacenamiento. De forma alternativa, el medio de almacenamiento puede estar integrado en el procesador. Los discos magnéticos o los discos ópticos, tal como se usan en el presente documento, incluyen el disco compacto (CD), el disco láser, el disco óptico, el disco versátil digital (DVD), el disco flexible y el disco Blu-ray, donde unos discos reproducen habitualmente datos de forma magnética, mientras que otros reproducen datos de forma óptica con láser. Las combinaciones de lo anterior deberían incluirse también dentro del alcance de los medios legibles por ordenador. El procesador y el medio de almacenamiento pueden residir en un ASIC. El ASIC puede residir en un terminal de usuario. Como alternativa, el procesador y el medio de almacenamiento pueden residir como componentes discretos en un terminal de usuario.

[0072] Con el fin de resumir la divulgación, ciertos aspectos, ventajas y características novedosas de las invenciones se han descrito en el presente documento. Debe entenderse que no necesariamente pueden lograrse todas estas ventajas de acuerdo con cualquier modo de realización particular de la invención. Por lo tanto, la invención puede realizarse o llevarse a cabo de una manera que logre u optimice una ventaja o un grupo de ventajas, según se enseña en el presente documento, sin tener que lograr necesariamente otras ventajas, según se pueda enseñar o sugerir en el presente documento.

[0073] Diversas modificaciones de los modos de realización descritos anteriormente resultarán inmediatamente evidentes, y los principios genéricos definidos en el presente documento pueden aplicarse a otras realizaciones sin apartarse del alcance de la invención, según se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un transmisor (104, 204, 404, 804) para transmitir potencia inalámbrica a una bobina de recepción (118, 218, 518), que comprende:

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una primera bobina en espiral que comprende una pluralidad de espiras, definiendo un centro de la primera bobina en espiral a una espira más externa de la primera bobina en espiral una primera sección transversal; y

10 una segunda bobina en espiral que comprende una pluralidad de espiras, definiendo un centro de la

segunda bobina en espiral a una espira más externa de la segunda bobina en espiral una segunda sección transversal, estando la segunda bobina en espiral devanada en sentido contrario con respecto a la primera bobina en espiral, en el que la primera y segunda bobinas están sustancialmente dentro de un plano común, que tiene un centro común, caracterizado por que 15 una distancia de espira desde el centro común a una espira particular a lo largo de la primera o segunda

secciones transversales de la primera o segunda bobinas en espiral es tal que las separaciones entre espiras consecutivas de la bobina de transmisión aumentan desde una espira más externa hasta el centro común de tal manera que una inductancia mutua con respecto a la bobina de recepción (118, 218, 518) situada por encima o por debajo del plano común es mayor que el 65% de una inductancia mutua máxima 20 a lo largo de la primera y segunda secciones transversales cuando la primera y la segunda bobinas en

espiral están colocadas para transmitir potencia de forma inalámbrica a la bobina de recepción.
2. El transmisor (804) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la segunda bobina en espiral está situada por encima o por debajo de la primera bobina en espiral o entrelazada con la primera bobina en espiral.

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3. El transmisor (804) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una longitud total de la segunda bobina en espiral es de la misma longitud que una longitud total de la primera bobina en espiral, y la segunda bobina en espiral está conformada sustancialmente como un reflejo de la primera bobina en espiral.

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4. El transmisor (804) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la distancia de espira desde el centro común a un centro de una espira particular a lo largo de la primera o segunda secciones transversales de la primera o segunda bobinas espirales es una función de una distancia desde el centro común a la espira más externa de la primera o segunda bobinas espirales, un primer valor

35 correspondiente a separaciones entre espiras de la primera o segunda bobinas en espiral, una suma de un

número total de espiras de la primera y segunda bobinas en espiral, y un primer número correspondiente a la espira particular.
5. El transmisor (104) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la primera y la

40 segunda bobinas en espiral son eléctricamente acoplables a un circuito de excitación (224), sustancialmente

colocadas en un plano común, y configuradas para transmitir potencia de manera inalámbrica a un nivel suficiente para cargar o alimentar un dispositivo receptor.
6. El transmisor (104) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las señales de

45 entrada para la primera y la segunda bobinas en espiral están configuradas para estar dentro de un intervalo

de frecuencia de 6,5 Megahercios a 7 Megahercios.
7. El transmisor (104) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada espira de la primera y la segunda bobinas en espiral está configurada para tener un radio de espira mayor que un radio de

50 espira mínimo de 5 milímetros.
8. Un procedimiento para transmitir potencia inalámbrica a una bobina de recepción (118, 218, 518), comprendiendo el procedimiento:

55 excitar con corriente eléctrica una primera bobina en espiral que comprende una pluralidad de espiras,

definiendo un centro de la primera bobina en espiral a una espira más externa de la primera bobina en espiral una primera sección transversal; y

excitar con corriente eléctrica una segunda bobina en espiral que comprende una pluralidad de espiras, 60 definiendo un centro de la segunda bobina en espiral a una espira más externa de la segunda bobina en

espiral una segunda sección transversal, estando la segunda bobina en espiral devanada en sentido contrario con respecto a la primera bobina en espiral, en el que la primera y la segunda bobinas están sustancialmente dentro de un plano común, con un centro común y caracterizado porque una distancia de espira desde el centro común a una espira particular a lo largo de la primera o segunda secciones 65 transversales de la primera o la segunda bobinas espirales es tal que las separaciones entre espiras

consecutivas de la bobina de transmisión aumentan desde una espira más exterior al centro común de tal

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manera que una inductancia mutua con respecto a la bobina de recepción (118, 218, 518) ubicada por encima o por debajo del plano común es mayor que el 65% de una inductancia mutua máxima a lo largo de la primera y segunda secciones transversales cuando la primera y la segunda bobinas espirales están colocadas para transmitir potencia de forma inalámbrica a la bobina de recepción.
9. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la segunda bobina en espiral está situada por encima o por debajo de la primera bobina en espiral o entrelazada con la primera bobina en espiral.
10. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 o 9, en el que una longitud total de la

segunda bobina en espiral es de la misma longitud que una longitud total de la primera bobina en espiral, y la

segunda bobina en espiral está conformada sustancialmente como un reflejo de la primera bobina en espiral.
11. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en el que

la distancia de espira desde el centro común a un centro de una espira particular a lo largo de la primera o segunda secciones transversales de la primera o segunda bobinas espirales es una función de una distancia desde el centro común a la espira más externa de la primera o segunda bobinas espirales, un primer valor correspondiente a separaciones entre espiras de la primera o segunda bobinas espirales, una suma de un número total de espiras de la primera y segunda bobinas espirales, y un primer número correspondiente a la espira particular
12. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, en el que dicha excitación de la

primera y segunda bobinas en espiral comprende excitar la primera y segunda bobinas en espiral con

corriente eléctrica utilizando un circuito de excitación (224), y

la primera y la segunda bobinas en espiral están configuradas para estar eléctricamente acopladas al circuito de excitación (224), sustancialmente colocadas en un plano común, y configuradas para transmitir potencia de manera inalámbrica a un nivel suficiente para cargar o alimentar un dispositivo receptor.
13. Un almacenamiento informático no transitorio que almacena instrucciones de programas ejecutables que dirigen un aparato para transmitir potencia inalámbrica a una bobina de recepción para implementar el procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12 cuando se ejecuta mediante un módulo de procesamiento.
14. Un sistema de potencia inalámbrico (100) para transmitir potencia inalámbrica a una bobina de recepción (118, 218, 518), comprendiendo el sistema la bobina de recepción (118, 218, 518) y comprendiendo además el transmisor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.
15. El sistema de potencia inalámbrico (100) de acuerdo con la reivindicación 14, en el que la bobina de recepción (118, 218, 518) comprende una primera bobina de recepción y una segunda bobina de recepción.