ES2945728T3 - Dispositivo y procedimiento para transferencia inalámbrica de potencia - Google Patents

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ES2945728T3 ES19746101T ES19746101T ES2945728T3 ES 2945728 T3 ES2945728 T3 ES 2945728T3 ES 19746101 T ES19746101 T ES 19746101T ES 19746101 T ES19746101 T ES 19746101T ES 2945728 T3 ES2945728 T3 ES 2945728T3
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Johannes Draak
Klaas Lulofs
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Koninklijke Philips NV
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Abstract

Un dispositivo que es un receptor de energía o un transmisor de energía de un sistema inalámbrico de transferencia de energía que transfiere energía a través de una señal de transferencia de energía: el dispositivo comprende una bobina de transferencia de energía (103, 107) para recibir o generar la señal de transferencia de energía y una antena de comunicación (207, 307).) para comunicarse con el receptor de energía (105) o el transmisor de energía (101) a través de una señal de comunicación. La antena de comunicación (207, 307) se superpone a la bobina de transferencia de energía (103, 107). Se coloca un elemento de protección magnética (503, 505) entre la bobina de transferencia de energía (103, 107) y la antena de comunicación (207, 307). Un controlador (201, 301) controla el dispositivo para realizar la transferencia de energía durante los intervalos de transferencia de energía y la comunicación durante los intervalos de tiempo de comunicación, estando separados los intervalos de transferencia de energía y los intervalos de tiempo de comunicación. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo y procedimiento para transferencia inalámbrica de potencia
Campo de la invención
La invención se refiere a un sistema de transferencia inalámbrica de potencia y en particular, pero no exclusivamente, a un dispositivo y procedimiento para admitir una transferencia inalámbrica de potencia de alta potencia, tal como, por ejemplo, para admitir aparatos de cocina.
Antecedentes de la invención
La mayoría de los productos eléctricos actuales requieren un contacto eléctrico dedicado para alimentarse desde una fuente de alimentación externa. No obstante, esto suele ser poco práctico y requiere que el usuario inserte físicamente conectores o establezca de otro modo un contacto eléctrico físico. Normalmente, los requisitos de alimentación también difieren significativamente y, en la actualidad, la mayoría de los dispositivos se proporcionan con su propia fuente de alimentación dedicada, lo que da por resultado que un usuario típico tenga un gran número de diferentes fuentes de alimentación, estando cada fuente de alimentación dedicada a un dispositivo específico. Aunque el uso de baterías internas puede evitar la necesidad de una conexión por cable a una fuente de alimentación durante el uso, esto solo proporciona una solución parcial ya que las baterías necesitarán recargarse (o reemplazarse). El uso de baterías también puede aumentar sustancialmente el peso y potencialmente el coste y el tamaño de los dispositivos.
Para proporcionar una experiencia de usuario significativamente mejorada, se ha propuesto usar una fuente de alimentación inalámbrica en donde la potencia se transfiere inductivamente desde una bobina transmisora en un dispositivo transmisor de potencia hasta una bobina receptora en los dispositivos individuales.
La transmisión de potencia por medio de inducción magnética es un concepto bien conocido, aplicado en su mayoría en transformadores que tienen un acoplamiento estrecho entre un inductor/bobina transmisora primaria y una bobina receptora secundaria. Al separar la bobina transmisora primaria y la bobina receptora secundaria entre dos dispositivos, se hace posible la transferencia inalámbrica de potencia entre ellos, basándose en el principio de un transformador débilmente acoplado.
Una disposición tal permite una transferencia inalámbrica de potencia al dispositivo sin requerir ningún cable o que se realicen conexiones eléctricas físicas. De hecho, puede simplemente permitir que un dispositivo se coloque adyacente a, o encima de, la bobina transmisora para que se recargue o alimente externamente. Por ejemplo, los dispositivos transmisores de potencia pueden estar dispuestos con una superficie horizontal en la que se puede simplemente colocar un dispositivo para que se alimente.
Además, dichas disposiciones de transferencia inalámbrica de potencia pueden diseñarse de manera ventajosa, de modo tal que el dispositivo transmisor de potencia se pueda usar con una gama de dispositivos receptores de potencia. En particular, se ha definido un enfoque de transferencia inalámbrica de potencia, conocido como especificaciones de Qi, y actualmente se está desarrollando en mayor medida. Este enfoque permite que los dispositivos transmisores de potencia que cumplen con las especificaciones de Qi se usen con dispositivos receptores de potencia que también cumplen con las especificaciones de Qi sin que estos tengan que ser del mismo fabricante o estar dedicados entre sí. El estándar de Qi incluye además algunas funcionalidades para permitir que el funcionamiento se adapte al dispositivo receptor de potencia específico (p. ej., dependiente de la pérdida de potencia específica).
La especificación de Qi es desarrollada por Wireless Power Consortium y se puede encontrar más información, p. ej., en su sitio web: http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html, donde, en particular, se pueden encontrar los documentos definidos de la especificación.
En sistemas de transferencia de potencia, tales como Qi, el campo electromagnético generado para transferir los niveles requeridos de potencia al receptor de potencia suele ser muy sustancial. La presencia de un campo intenso tal puede tener, en muchas situaciones, un impacto en los alrededores. Por ejemplo, un problema posible con la transferencia inalámbrica de potencia es que la potencia puede transferirse involuntariamente, p. ej., a objetos metálicos que se encuentran en las proximidades del transmisor de potencia.
Con el fin de admitir una transferencia inalámbrica de potencia eficaz, los sistemas de transferencia inalámbrica de potencia, tales como los sistemas basados en Qi, utilizan una comunicación sustancial entre el transmisor de potencia y el receptor de potencia. Inicialmente, el Qi admitía solamente la comunicación desde el receptor de potencia hasta el transmisor de potencia, usando una modulación de carga de la señal de transferencia de potencia. No obstante, los desarrollos del estándar han introducido la comunicación bilateral, y muchas funciones están admitidas por los intercambios de comunicación entre el receptor de potencia y el transmisor de potencia. En muchos sistemas, la comunicación desde el transmisor de potencia hasta el receptor de potencia se consigue al modular la señal de transferencia de potencia. No obstante, también se ha propuesto usar la funcionalidad de comunicación que es independiente de la señal de transferencia de potencia y que no usa la señal de transferencia de potencia como una portadora que se está modulando. Por ejemplo, la comunicación entre el transmisor de potencia y el receptor de potencia se puede lograr mediante un sistema de comunicación de corto alcance, tal como los enfoques de comunicación RFID/NFC.
El uso de un enfoque de comunicación separada puede, en muchas situaciones, proporcionar un rendimiento mejorado y puede, p. ej., proporcionar una comunicación más rápida con una fiabilidad de comunicación mayor y un impacto reducido en la transferencia de potencia en curso. No obstante, un desafío en particular con el uso de un enfoque de comunicación separada es que la funcionalidad y la operación de transferencia de potencia suelen interferir con la comunicación y pueden causar una degradación significativa del rendimiento de comunicación.
Por ende, un dispositivo y un procedimiento de transferencia de potencia mejorados serían, por lo tanto, ventajosos, en particular, sería ventajoso un enfoque que permita flexibilidad aumentada, costes reducidos, complejidad reducida, comunicación mejorada, compatibilidad regresiva, operación de transferencia de potencia mejorada, interferencia reducida entre la transferencia de potencia y la comunicación y/o rendimiento mejorado.
El documento EP 2775632 A1 describe un sistema inalámbrico de potencia que usa bobinas separadas de transferencia de potencia y de comunicación, con blindaje aplicado entremedio.
El documento WO 2012040548 A1 describe un sistema inalámbrico de potencia que usa un material de blindaje electromagnético, controlable de forma selectiva.
El documento US2018/0219400 A1 describe un sistema inalámbrico de potencia que usa dos bobinas de potencia y bobinas de comunicación NFC, con blindaje aplicado.
El documento EP 2648135 A1 describe un sistema inalámbrico de potencia que usa bobinas separadas de transferencia de potencia y de comunicación, con blindaje aplicado.
Sumario de la invención
Por consiguiente, la invención busca preferentemente mitigar, aliviar o eliminar una o más de las desventajas mencionadas con anterioridad, individualmente o en cualquier combinación.
De acuerdo con un aspecto de la invención, se proporciona un dispositivo para transferencia inalámbrica de potencia desde un transmisor de potencia hasta un receptor de potencia usando una señal electromagnética de transferencia de potencia, siendo el dispositivo uno del transmisor de potencia y el receptor de potencia, comprendiendo el dispositivo: una bobina de transferencia de potencia para recibir o generar la señal de transferencia de potencia; una antena de comunicación para comunicarse con un dispositivo complementario que es el otro dispositivo del receptor de potencia y el transmisor de potencia por medio de una señal de comunicación, superponiéndose la antena de comunicación a la bobina de transferencia de potencia; un elemento de blindaje magnético posicionado entre la bobina de transferencia de potencia y la antena de comunicación; un controlador para controlar que el dispositivo realice la transferencia de potencia durante los intervalos de la transferencia de potencia y la comunicación durante los intervalos de tiempo de la comunicación; en donde el elemento de blindaje magnético comprende un material de blindaje magnético que tiene un punto de saturación de modo tal que opera en un modo saturado durante los intervalos de la transferencia de potencia y en un modo no saturado durante los intervalos de tiempo de la comunicación; el punto de saturación corresponde a una intensidad del campo magnético mayor que la generada por la señal de comunicación durante los intervalos de tiempo de la comunicación y menor que la generada por la señal de transferencia de potencia durante los intervalos de tiempo de la transferencia de potencia; y la bobina de transferencia de potencia y la antena de comunicación están dispuestas de modo tal que la antena de comunicación está posicionada entre la bobina de transferencia de potencia y una bobina de transferencia de potencia del dispositivo complementario durante la operación de transferencia de potencia.
La invención puede proporcionar un rendimiento mejorado en muchos escenarios. En muchas formas de realización, puede permitir un acoplamiento estrecho entre las bobinas de transferencia de potencia y entre las antenas de comunicación, aunque permite que estas se superpongan y que potencialmente tengan un eje en común. En muchas formas de realización, el enfoque puede proporcionar una comunicación mejorada y/o una transferencia de potencia mejorada. El enfoque puede reducir o mitigar el impacto de la bobina de transferencia de potencia en la operación de comunicación y en la señal electromagnética usada para la comunicación. El enfoque puede lograr una separación entre la antena de comunicación y la bobina de transferencia de potencia durante la comunicación sin introducir una degradación inaceptable de la transferencia de potencia. En muchas formas de realización, el impacto de la bobina de transferencia de potencia en la comunicación puede reducirse sustancialmente, aunque solo se introduce un efecto negligible en la transferencia de potencia.
El elemento de blindaje magnético está dispuesto para operar en un modo saturado durante los intervalos de la transferencia de potencia y en un modo no saturado durante los intervalos de tiempo de la comunicación al tener un punto de saturación correspondiente a una intensidad del campo magnético mayor que la generada por la antena de comunicación durante los intervalos de tiempo de la comunicación y menor que la generada por la bobina de transferencia de potencia durante los intervalos de tiempo de la transferencia de potencia. Para una intensidad del campo magnético, el punto de saturación es mayor que una intensidad del campo máxima generada en el elemento de blindaje magnético durante los intervalos de tiempo de la comunicación, pero menor que una intensidad del campo (mínima) generada en el elemento de blindaje magnético durante los intervalos de tiempo de la transferencia de potencia. En muchas formas de realización, el funcionamiento se logra mediante el diseño de un elemento de blindaje magnético que tenga un punto de saturación en el rango de 100 mT a 1 T, y frecuentemente en el rango de 200 mT a 400 mT.
Un punto de saturación para el elemento de blindaje magnético puede ser una intensidad del campo en el elemento de blindaje magnético para el que la permeabilidad se reduce a 1/10 de la permeabilidad para una intensidad del campo magnético de 0 T
El material de blindaje magnético normalmente se puede considerar saturado si la intensidad del campo está por encima del punto de saturación y no saturado si la intensidad del campo está por debajo del punto de saturación.
La antena de comunicación puede superponerse a la bobina de potencia, de modo tal que al menos parte de la antena de comunicación esté entre la bobina de transferencia de potencia del dispositivo y la bobina de transferencia de potencia del dispositivo complementario para una posición espacial nominal/óptima de los dos dispositivos para transferencia de potencia. La bobina de transferencia de potencia puede tener un eje central y, específicamente, puede tener una disposición sustancialmente plana en un plano perpendicular al eje. La antena de comunicación puede superponerse a la bobina de potencia, de modo tal que al menos parte de la antena de comunicación quede dentro de una figura 3D formada al trasladar un área de la bobina de transferencia de potencia en la dirección del eje (la figura 3D se puede considerar que tiene una sección transversal constante correspondiente al área de la bobina de transferencia de potencia y que se extiende por el eje).
Los intervalos de la transferencia de potencia y los intervalos de tiempo de la comunicación normalmente no están superpuestos.
La bobina de transferencia de potencia y la antena de comunicación normalmente están dispuestas de modo tal que la antena de comunicación está más cercana que la bobina de transferencia de potencia a una superficie a través de la que tiene lugar la transferencia de potencia. La disposición normalmente es de modo tal que la antena de comunicación está posicionada entre la bobina de transferencia de potencia y una bobina de transferencia de potencia complementaria del dispositivo complementario durante la operación de transferencia de potencia. La antena de comunicación puede estar posicionada entre la bobina de transferencia de potencia y una superficie del dispositivo para el acoplamiento al dispositivo complementario.
El punto de saturación puede corresponder a una intensidad del campo magnético (en el elemento/material de blindaje magnético) mayor que la generada (en el elemento/material de blindaje magnético) por la señal de comunicación durante los intervalos de tiempo de la comunicación y menor que la generada por la señal de transferencia de potencia durante los intervalos de tiempo de la transferencia de potencia. Específicamente, esto puede significar que el punto de saturación corresponde a una intensidad del campo magnético mayor que la generada por la antena de comunicación durante los intervalos de tiempo de la comunicación y menor que la generada por la bobina de transferencia de potencia durante los intervalos de tiempo de la transferencia de potencia.
En conformidad con una característica opcional de la invención, el elemento de blindaje magnético es un elemento de lámina que tiene un espesor que no excede 1 mm.
En muchas formas de realización, esto puede proporcionar un efecto de blindaje eficaz, además de permitir que se logren dimensiones compactas y factores de acoplamiento elevados
En algunas formas de realización, el elemento de lámina puede tener un espesor que no exceda 0,5 mm, 2 mm o 5 mm.
En conformidad con una característica opcional de la invención, el material de blindaje magnético es un material de ferrita.
Esto puede proporcionar un funcionamiento y un rendimiento particularmente ventajosos en muchas formas de realización.
En conformidad con una característica opcional de la invención, el dispositivo es el receptor de potencia y el dispositivo complementario es el transmisor de potencia.
El enfoque puede proporcionar un receptor de potencia mejorado en muchas formas de realización.
En conformidad con una característica opcional de la invención, el dispositivo es el transmisor de potencia y el dispositivo complementario es el receptor de potencia.
El enfoque puede proporcionar un transmisor de potencia mejorado en muchas formas de realización.
En conformidad con una característica opcional de la invención, la antena de comunicación es una antena plana que tiene un área de no menos de 30 cm2.
Esto puede proporcionar un rendimiento mejorado en muchas formas de realización y puede, por ejemplo, proporcionar una flexibilidad aumentada en el posicionamiento del receptor de potencia relativo al transmisor de potencia. El enfoque puede proporcionar una implementación eficaz en muchas formas de realización.
En algunas formas de realización, la antena plana tiene un área de no menos de 20 cm2, 50 cm2 o incluso 100 cm2. En conformidad con una característica opcional de la invención, un área de la bobina de transferencia de potencia es de no menos de 50 cm2.
Esto puede proporcionar un rendimiento mejorado en muchas formas de realización y puede, por ejemplo, admitir niveles de potencia mayores de la transferencia de potencia. El enfoque puede proporcionar una implementación eficaz en muchas formas de realización.
En algunas formas de realización, la antena plana tiene un área de no menos de 70 cm2, 100 cm2 o incluso 250 cm2. En conformidad con una característica opcional de la invención, la antena de comunicación y la bobina de transferencia de potencia son bobinas planas.
Esto puede proporcionar un rendimiento y/o implementación mejorado.
En conformidad con una característica opcional de la invención, la antena de comunicación y la bobina de transferencia de potencia son coaxiales.
Esto puede proporcionar un rendimiento y/o implementación mejorado.
En conformidad con una característica opcional de la invención, el punto de saturación corresponde a una intensidad del campo magnético mayor que la generada por la antena de comunicación durante los intervalos de tiempo de la comunicación y menor que la generada por la bobina de transferencia de potencia durante los intervalos de tiempo de la transferencia de potencia.
Esto puede proporcionar un rendimiento y/o implementación mejorado en muchas formas de realización.
En conformidad con una característica opcional de la invención, los intervalos de la transferencia de potencia y los intervalos de tiempo de la comunicación están disjuntos.
Esto puede proporcionar un rendimiento particularmente ventajoso.
En conformidad con una característica opcional de la invención, un punto de saturación para el elemento de blindaje magnético está en un rango de 100 mT a 1 T
Esto puede proporcionar un funcionamiento particularmente eficaz en muchas formas de realización y, específicamente, en muchas formas de realización, puede significar que el material de blindaje magnético está dispuesto para operar en un modo saturado durante los intervalos de la transferencia de potencia y en un modo no saturado durante los intervalos de tiempo de la comunicación.
En conformidad con una característica opcional de la invención, un punto de saturación para el elemento de blindaje magnético está en un rango de 200 mT a 400 mT.
Esto puede proporcionar un funcionamiento particularmente eficaz en muchas formas de realización y, específicamente, en muchas formas de realización, puede significar que el material de blindaje magnético está dispuesto para operar en un modo saturado durante los intervalos de la transferencia de potencia y en un modo no saturado durante los intervalos de tiempo de la comunicación.
En conformidad con un aspecto de la invención, se proporciona un sistema de transferencia inalámbrica de potencia que comprende: un transmisor de potencia que comprende: una primera bobina de transferencia de potencia para generar una señal de transferencia de potencia para transferir potencia a un receptor de potencia; una primera antena de comunicación para comunicarse con el receptor de potencia por medio de una señal de comunicación, superponiéndose la primera antena de comunicación a la primera bobina de transferencia de potencia; un primer elemento de blindaje magnético posicionado entre la primera bobina de transferencia de potencia y la primera antena de comunicación; un primer controlador para controlar que el transmisor de potencia realice la transferencia de potencia durante los intervalos de la transferencia de potencia y la comunicación durante los intervalos de tiempo de la comunicación; y un receptor de potencia que comprende: una segunda bobina de transferencia de potencia para recibir o generar la señal de transferencia de potencia; una segunda antena de comunicación para comunicarse con el transmisor de potencia por medio de la señal de comunicación, superponiéndose la segunda antena de comunicación a la segunda bobina de transferencia de potencia; un segundo elemento de blindaje magnético posicionado entre la segunda bobina de transferencia de potencia y la segunda antena de comunicación; un segundo controlador para controlar que el receptor de potencia realice la transferencia de potencia durante los intervalos de la transferencia de potencia y la comunicación durante los intervalos de tiempo de la comunicación; en donde la primera bobina de transferencia de potencia y la primera antena de comunicación están dispuestas de modo tal que la primera antena de comunicación está posicionada entre la primera bobina de transferencia de potencia y la segunda bobina de transferencia de potencia durante la operación de transferencia de potencia; la segunda bobina de transferencia de potencia y la segunda antena de comunicación están dispuestas de modo tal que la segunda antena de comunicación está posicionada entre la primera bobina de transferencia de potencia y la segunda bobina de transferencia de potencia durante la operación de transferencia de potencia; el primer elemento de blindaje magnético comprende un primer material de blindaje magnético que tiene un primer punto de saturación de modo tal que opera en un modo saturado durante los intervalos de la transferencia de potencia y en un modo no saturado durante los intervalos de tiempo de la comunicación, correspondiendo el primer punto de saturación a una intensidad del campo magnético mayor que la generada por la primera antena de comunicación durante los intervalos de tiempo de la comunicación y menor que la generada por la primera bobina de transferencia de potencia durante los intervalos de tiempo de la transferencia de potencia; y el segundo elemento de blindaje magnético comprende un segundo material de blindaje magnético que tiene un segundo punto de saturación de modo tal que opera en un modo saturado durante los intervalos de la transferencia de potencia y en un modo no saturado durante los intervalos de tiempo de la comunicación, correspondiendo el segundo punto de saturación a una intensidad del campo magnético mayor que la generada por la primera antena de comunicación durante los intervalos de tiempo de la comunicación y menor que la generada por la primera bobina de transferencia de potencia durante los intervalos de tiempo de la transferencia de potencia.
De acuerdo con un aspecto de la invención, se proporciona un procedimiento de funcionamiento para un dispositivo para transferencia inalámbrica de potencia desde un transmisor de potencia hasta un receptor de potencia usando una señal electromagnética de transferencia de potencia, siendo el dispositivo uno del transmisor de potencia y el receptor de potencia, comprendiendo el procedimiento: una bobina de transferencia de potencia que recibe o genera la señal de transferencia de potencia; una antena de comunicación que se comunica con un dispositivo complementario que es el otro dispositivo del receptor de potencia y el transmisor de potencia por medio de una señal de comunicación, superponiéndose la antena de comunicación a la bobina de transferencia de potencia; se proporciona un elemento de blindaje magnético posicionado entre la bobina de transferencia de potencia y la antena de comunicación; un controlador que controla que el dispositivo realice la transferencia de potencia durante los intervalos de la transferencia de potencia y la comunicación durante los intervalos de tiempo de la comunicación; en donde
el elemento de blindaje magnético comprende un material de blindaje magnético que tiene un punto de saturación de modo tal que opera en un modo saturado durante los intervalos de la transferencia de potencia y en un modo no saturado durante los intervalos de tiempo de la comunicación; el punto de saturación corresponde a una intensidad del campo magnético mayor que la generada por la señal de comunicación durante los intervalos de tiempo de la comunicación y menor que la generada por la señal de transferencia de potencia durante los intervalos de tiempo de la transferencia de potencia; y la bobina de transferencia de potencia y la antena de comunicación están dispuestas de modo tal que la antena de comunicación está posicionada entre la bobina de transferencia de potencia y una bobina de transferencia de potencia del dispositivo complementario durante la operación de transferencia de potencia.
De conformidad con la invención, se puede proporcionar un transmisor de potencia para realizar una transferencia inalámbrica de potencia hasta un receptor de potencia usando una señal electromagnética de transferencia de potencia, comprendiendo el transmisor de potencia: una bobina de transferencia de potencia para generar la señal de transferencia de potencia; una antena de comunicación para comunicarse con el receptor de potencia por medio de una señal de comunicación, superponiéndose la antena de comunicación a la bobina de transferencia de potencia; un elemento de blindaje magnético posicionado entre la bobina de transferencia de potencia y la antena de comunicación; un controlador para controlar que el transmisor de potencia realice la transferencia de potencia durante los intervalos de la transferencia de potencia y la comunicación durante los intervalos de tiempo de la comunicación; en donde el elemento de blindaje magnético comprende un material de blindaje magnético que tiene un punto de saturación de modo tal que opera en un modo saturado durante los intervalos de la transferencia de potencia y en un modo no saturado durante los intervalos de tiempo de la comunicación; el punto de saturación corresponde a una intensidad del campo magnético mayor que la generada por la señal de comunicación / la antena de comunicación durante los intervalos de tiempo de la comunicación y menor que la generada por la señal de transferencia de potencia / la bobina de transferencia de potencia durante los intervalos de tiempo de la transferencia de potencia; y la bobina de transferencia de potencia y la antena de comunicación están dispuestas de modo tal que la antena de comunicación está posicionada entre la bobina de transferencia de potencia y una bobina de transferencia de potencia del receptor de potencia durante la operación de transferencia de potencia.
De conformidad con la invención, se puede proporcionar un receptor de potencia para una transferencia inalámbrica de potencia desde un transmisor de potencia usando una señal electromagnética de transferencia de potencia, comprendiendo el receptor de potencia: una bobina de transferencia de potencia para recibir la señal de transferencia de potencia; una antena de comunicación para comunicarse con el transmisor de potencia por medio de una señal de comunicación, superponiéndose la antena de comunicación a la bobina de transferencia de potencia; un elemento de blindaje magnético posicionado entre la bobina de transferencia de potencia y la antena de comunicación; un controlador para controlar que el dispositivo realice la transferencia de potencia durante los intervalos de la transferencia de potencia y la comunicación durante los intervalos de tiempo de la comunicación; en donde el elemento de blindaje magnético comprende un material de blindaje magnético que tiene un punto de saturación de modo tal que opera en un modo saturado durante los intervalos de la transferencia de potencia y en un modo no saturado durante los intervalos de tiempo de la comunicación; el punto de saturación corresponde a una intensidad del campo magnético mayor que la generada por la señal de comunicación / una antena de comunicación del transmisor de potencia durante los intervalos de tiempo de la comunicación y menor que la generada por la señal de transferencia de potencia / una bobina de transferencia de potencia del transmisor de potencia durante los intervalos de tiempo de la transferencia de potencia; y la bobina de transferencia de potencia y la antena de comunicación están dispuestas de modo tal que la antena de comunicación está posicionada entre la bobina de transferencia de potencia y una bobina de transferencia de potencia del transmisor de potencia durante la operación de transferencia de potencia.
Estos y otros aspectos, características y ventajas de la invención se pondrán de manifiesto a partir de y se dilucidarán con referencia a la forma o formas de realización descritas en lo sucesivo. La invención está definida por las reivindicaciones independientes.
Breve descripción de los dibujos
Las formas de realización de la invención se describirán, solo a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos, en los que
la FIG. 1 ilustra un ejemplo de elementos de un sistema de transferencia de potencia en conformidad con algunas formas de realización de la invención;
la FIG. 2 ilustra un ejemplo de elementos de un transmisor de potencia en conformidad con algunas formas de realización de la invención;
la FIG. 3 ilustra un ejemplo de elementos de un receptor de potencia en conformidad con algunas formas de realización de la invención;
la FIG. 4 ilustra un ejemplo de una trama de tiempo para un sistema de transferencia de potencia en conformidad con algunas formas de realización de la invención;
la FIG. 5 ilustra un ejemplo de disposiciones de bobinas para un sistema de transferencia de potencia en conformidad con algunas formas de realización de la invención;
la FIG. 6 ilustra un ejemplo de distribución del campo magnético para una disposición de bobina para un sistema de transferencia de potencia en conformidad con algunas formas de realización de la invención;
las FIG. 7-13 ilustran un prototipo ejemplar de una disposición de bobina para un sistema de transferencia de potencia en conformidad con algunas formas de realización de la invención;
la FIG. 14 ilustra algunas características de rendimiento para una capa de blindaje magnético de ferrita;
la FIG. 15 ilustra un ejemplo de una bobina de comunicación para un sistema de transferencia de potencia en conformidad con algunas formas de realización de la invención;
la FIG. 16 ilustra un ejemplo de una bobina de comunicación para un sistema de transferencia de potencia en conformidad con algunas formas de realización de la invención; y
la FIG. 17 ilustra mediciones de factores de acoplamiento para diferentes bobinas de comunicación para un sistema de transferencia de potencia en conformidad con algunas formas de realización de la invención.
Descripción detallada de las formas de realización
La descripción siguiente se centra en formas de realización de la invención aplicables a un sistema de transferencia inalámbrica de potencia que utiliza un enfoque de transferencia de potencia, tal como el que se conoce de la especificación de Qi. No obstante, se apreciará que la invención no se limita a esta aplicación, sino que se puede aplicar a muchos otros sistemas de transferencia inalámbrica de potencia.
La FIG. 1 ilustra un ejemplo de un sistema de transferencia de potencia en conformidad con algunas formas de realización de la invención. El sistema de transferencia de potencia comprende un transmisor de potencia 101 que incluye (o está acoplado a) una bobina/inductor transmisor de transferencia de potencia 103. El sistema comprende además un receptor de potencia 105 que incluye (o está acoplado a) una bobina/inductor receptor de transferencia de potencia 107.
El sistema proporciona una señal electromagnética de transferencia de potencia que puede transferir potencia inductivamente desde el transmisor de potencia 101 hasta el receptor de potencia 105. Específicamente, el transmisor de potencia 101 genera una señal electromagnética, que se propaga como un flujo magnético mediante la bobina o inductor transmisor 103. La señal de transferencia de potencia puede corresponder al componente electromagnético de transferencia de potencia que representa la transferencia de energía desde el transmisor de potencia hasta el receptor de potencia, y se puede considerar que corresponde al componente del campo electromagnético generado que transfiere la potencia desde el transmisor de potencia hasta el receptor de potencia. Por ejemplo, si no existe carga de la bobina receptora de transferencia de potencia 107, el receptor de potencia no extraerá potencia del campo electromagnético generado (aparte de las pérdidas). En un escenario tal, el accionamiento de la bobina transmisora de transferencia de potencia 103 puede generar un campo electromagnético de una intensidad del campo potencialmente elevada, pero el nivel de potencia de la señal de transferencia de potencia será cero (aparte de las pérdidas).
La señal de transferencia de potencia normalmente puede tener una frecuencia entre alrededor de 20 kHz y alrededor de 500 kHz y, muchas veces para sistemas compatibles con Qi, normalmente en el rango de 95 kHz a 205 kHz (o, p. ej., para aplicaciones de cocina de alta potencia, la frecuencia normalmente puede estar, p. ej., en el rango entre 20 kHz y 80 kHz). La bobina transmisora de transferencia de potencia 103 y la bobina receptora de transferencia de potencia 107 están débilmente acopladas y, de este modo, la bobina receptora de transferencia de potencia 107 capta (al menos parte de) la señal de transferencia de potencia del transmisor de potencia 101. Así, la potencia se transfiere desde el transmisor de potencia 101 hasta el receptor de potencia 105 por medio de un acoplamiento inductivo inalámbrico desde la bobina transmisora de transferencia de potencia 103 hasta la bobina receptora de transferencia de potencia 107. La expresión señal de transferencia de potencia se usa principalmente para referirse a la señal inductiva / campo magnético entre la bobina transmisora de transferencia de potencia 103 y la bobina receptora de transferencia de potencia 107 (la señal de flujo magnético), pero se apreciará que, por equivalencia, también puede considerarse y usarse como referencia a una señal eléctrica proporcionada a la bobina transmisora de transferencia de potencia 103 o captada por la bobina receptora de transferencia de potencia 107.
En el ejemplo, el receptor de potencia 105 es específicamente un receptor de potencia que recibe potencia por medio de la bobina receptora de transferencia de potencia 107. No obstante, en otras formas de realización, el receptor de potencia 105 puede comprender un elemento metálico, tal como un elemento metálico de calentamiento, en cuyo caso la señal de transferencia de potencia induce directamente corrientes de Foucault que dan por resultado un calentamiento directo del elemento.
El sistema está dispuesto para transferir niveles de potencia sustanciales y, específicamente, el transmisor de potencia puede admitir niveles de potencia de más de 500 mW, 1 W, 5 W, 50 W, 100 W o 500 W en muchas formas de realización. Por ejemplo, para las aplicaciones correspondientes de Qi, las transferencias de potencia normalmente pueden estar en el rango de potencia de 1-5 W para aplicaciones de baja potencia (el perfil de potencia básico), hasta 15 W para la versión 1.2 de la especificación de Qi, en el rango de hasta 100 W para aplicaciones de mayor potencia, tales como herramientas eléctricas, ordenadores portátiles, drones, robots, etc., y de más de 100 W y hasta más de 1 000 W para aplicaciones de muy alta potencia, tales como, p. ej., aplicaciones de cocina.
A continuación, el funcionamiento del transmisor de potencia 101 y el receptor de potencia 105 se describirá con referencia específica a una forma de realización generalmente en conformidad con la especificación de Qi (salvo las modificaciones y mejoras descritas (o consecuentes) en la presente memoria) o adecuada para la especificación de cocina de mayor potencia que está desarrollando Wireless Power Consortium. En particular, el transmisor de potencia 101 y el receptor de potencia 105 pueden seguir, o ser sustancialmente compatibles con, elementos de la versión 1.0, 1.1 o 1.2 de la especificación de Qi (salvo las modificaciones y mejoras descritas (o consecuentes) en la presente memoria).
Con el fin de tener un rendimiento óptimo en un sistema de transferencia inalámbrica de potencia, tal como el de la FIG. 1, es deseable que las bobinas de transferencia de potencia 103, 107 del transmisor de potencia 101 y el receptor de potencia 105 estén estrechamente alineadas, de modo tal que compartan la cantidad máxima de flujo magnético. Por lo tanto, es deseable que las bobinas 103, 107 estén geométricamente alineadas con el fin de maximizar el factor de acoplamiento ( k ) entre las bobinas transmisora y receptora.
La FIG. 2 ilustra los elementos del transmisor de potencia 101, y la FIG. 3 ilustra los elementos del receptor de potencia 105 de la FIG. 1 con más detalle.
El transmisor de potencia 101 incluye un accionador 201 que puede generar una señal de accionamiento que se suministra a la bobina transmisora de transferencia de potencia 103 que, a su vez, genera un campo electromagnético y, de este modo, la señal electromagnética de transferencia de potencia que proporciona la transferencia de potencia al receptor de potencia 105. La señal de transferencia de potencia se proporciona (al menos) durante una fase de transferencia de potencia.
El accionador 201 normalmente puede comprender un circuito de salida como un inversor, normalmente formado mediante el accionamiento de un puente entero o medio, como conocerá bien el experto en la técnica.
El transmisor de potencia 101 comprende además un controlador del transmisor de potencia 203 que está dispuesto para controlar el funcionamiento del transmisor de potencia 101 en conformidad con los principios de funcionamiento deseados. Específicamente, el transmisor de potencia 101 puede incluir muchas de las funcionalidades requeridas para realizar el control de potencia en conformidad con las especificaciones de Qi.
El controlador del transmisor de potencia 203 está dispuesto, en particular, para controlar la generación de la señal de accionamiento por el accionador 201, y puede controlar específicamente el nivel de potencia de la señal de accionamiento y, por consiguiente, el nivel de la señal de transferencia de potencia / campo electromagnético generado. El controlador del transmisor de potencia 203 comprende un controlador de bucle de potencia que controla un nivel de potencia de la señal de transferencia de potencia como respuesta a los mensajes de control de potencia recibidos desde el receptor de potencia 105 durante la fase de control de potencia.
Para recibir datos y mensajes desde el receptor de potencia 105, el transmisor de potencia 101 comprende un primer comunicador 205 que está dispuesto para recibir datos y mensajes desde el receptor de potencia 105 (como apreciará el experto en la técnica, un mensaje de datos puede proporcionar uno o más bits de información).
El primer comunicador 205 está acoplado a una primera antena de comunicación, que en el ejemplo es una primera bobina de comunicación 207, y la comunicación entre el transmisor de potencia y el receptor de potencia se realiza usando esta antena de comunicación dedicada. De este modo, la comunicación está separada de la transferencia de potencia, ya que se usan diferentes medios, inductores y antenas para la transferencia de potencia y para la comunicación.
Se apreciará que se pueden usar diferentes tipos de antenas de comunicación en diferentes formas de realización, dependiendo de las características específicas. No obstante, en muchas formas de realización, las antenas de comunicación de tanto el transmisor de potencia como el receptor de potencia se implementan como bobinas de comunicación, que normalmente son bobinas de comunicación planas. Por consiguiente, la descripción siguiente se centrará en antenas de comunicación como bobinas de comunicación, y las antenas de comunicación se denominarán específicamente bobinas de comunicación. No obstante, se apreciará que esto es meramente ejemplar y que se pueden usar otras formas de antenas.
En el sistema de las FIG. 1-3, la comunicación se puede realizar mediante la implementación de un canal de comunicación separada, usando una bobina de comunicación separada. El uso de un sistema de comunicación dedicado y separado significa que la funcionalidad y operación de la comunicación y la transferencia de potencia se pueden optimizar individualmente para su propósito específico. Por ejemplo, las propiedades de la bobina transmisora de transferencia de potencia 103 y la primera bobina de comunicación 207 se pueden optimizar individualmente para transferir niveles elevados de potencia y para comunicar datos con eficacia, respectivamente. De manera similar, las señales usadas para las funciones diferentes se pueden optimizar individualmente. Como ejemplo, la transferencia de potencia eficaz muchas veces se puede lograr para señales que tienen frecuencias relativamente bajas en el rango, p. ej., de 20 kHz a 500 kHz, mientras que la comunicación de corto alcance eficaz muchas veces se puede lograr para frecuencias mucho más elevadas, tales como, p. ej., por encima de 10 MHz o, de hecho, mucho más elevadas.
Como ejemplo específico, la comunicación se puede implementar usando un sistema de comunicación de corto alcance, tal como sistemas de comunicación NFC o RFID. Dichos enfoques de comunicación usan una frecuencia de 13,56 MHz, y la primera bobina de comunicación 207 y el primer comunicador 205 pueden estar dispuestos para comunicar usando portadoras que tienen esta frecuencia y que siguen los estándares de NFC o RFID específicos.
El uso de un sistema de comunicación separada puede proporcionar un número de ventajas. Por ejemplo, la NFC puede proporcionar ventajas que incluyen:
• Latencia muy corta.
• Una relación física uno a uno entre el receptor de potencia y el transmisor de potencia.
• Se puede usar para encender / poner en marcha los sistemas electrónicos (no se requieren baterías, la potencia se puede extraer de la portadora de comunicación).
La FIG. 3 ilustra algunos elementos ejemplares del receptor de potencia 105.
La bobina receptora de transferencia de potencia 107 está acoplada a un controlador del receptor de potencia 301 que acopla la bobina receptora de transferencia de potencia 107 a una carga 303. El controlador del receptor de potencia 301 incluye una vía de control de potencia que convierte la potencia extraída por la bobina receptora de transferencia de potencia 107 en un suministro adecuado para la carga 303. Además, el controlador del receptor de potencia 301 puede incluir diversas funcionalidades del controlador del receptor de potencia requeridas para realizar la transferencia de potencia y, en particular, las funciones requeridas para realizar la transferencia de potencia en conformidad con las especificaciones de Qi.
Para admitir la comunicación desde el receptor de potencia 105 hasta el transmisor de potencia 101, el receptor de potencia 105 comprende un segundo comunicador 305.
El segundo comunicador 305 está dispuesto para comunicarse con el transmisor de potencia 101 usando un enfoque de comunicación que está separado de la transferencia de potencia, tal como se describió previamente con referencia al transmisor de potencia 101. Por ejemplo, el segundo comunicador 305 puede estar dispuesto para comunicarse con el primer comunicador 205 usando un enfoque de comunicación NFC.
El segundo comunicador 305 está acoplado a una segunda antena de comunicación que, como se mencionó en el ejemplo específico, es una segunda bobina de comunicación 307. La segunda bobina de comunicación 307 está acoplada a la primera bobina de comunicación 207 del transmisor de potencia, de modo tal que la comunicación se puede intercambiar por medio de estas bobinas de comunicación 207, 307.
El segundo comunicador 305 y la segunda bobina de comunicación 307 pueden admitir así la comunicación, usando el mismo enfoque de comunicación como el primer comunicador 205 y la primera bobina de comunicación 207, con lo cual, se permite la comunicación separada de la transferencia de potencia. Específicamente, la comunicación usa una comunicación de corto alcance, tal como la comunicación NFC.
En algunas formas de realización, se pueden usar diferentes enfoques de comunicación desde el transmisor de potencia hasta el receptor de potencia y desde el receptor de potencia hasta el transmisor de potencia. Por ejemplo, la primera bobina de comunicación 207 solo se puede usar para la comunicación en una dirección, mientras que la comunicación en dirección inversa se puede realizar al modular la señal de transferencia de potencia. Por ejemplo, el receptor de potencia 105 puede estar dispuesto para modular la carga de la señal de transferencia de potencia generada por la bobina transmisora de transferencia de potencia 103, y el primer comunicador 205 puede estar dispuesto para detectar variaciones en la tensión y/o corriente de la bobina transmisora de transferencia de potencia 103 y para demodular la modulación de carga basada en las mismas. El experto en la técnica conocerá los principios de la modulación de la carga, tal como se usan, p. ej., en los sistemas de transferencia inalámbrica de potencia de Qi y, por lo tanto, no se describirán con más detalle. Al mismo tiempo, el primer comunicador 205 puede generar y modular una portadora para la transmisión, usando la primera bobina de comunicación 207. Por ejemplo, el transmisor de potencia puede transmitir datos usando la comunicación NFC. En otras formas de realización, el transmisor de potencia puede modular la señal de transferencia de potencia para transmitir datos, y el receptor de potencia puede transmitir datos usando, p. ej., la comunicación NFC. No obstante, en la mayoría de las formas de realización, un sistema de comunicación separada que usa bobinas de comunicación separada se puede usar para la comunicación bilateral, tanto desde como hasta el transmisor de potencia.
Como se mencionó, separar las funciones de comunicación y transferencia de potencia proporciona un número de ventajas que incluye permitir la optimización individual. No obstante, una cuestión asociada a un enfoque tal es que normalmente es importante garantizar que los sistemas diferentes no interfieran entre sí, ya sea mediante la funcionalidad implementada o las operaciones que tienen un impacto perjudicial en cada uno.
Un enfoque para aislar las funciones de cada uno es usar sustancialmente frecuencias diferentes para la transferencia de potencia y la comunicación. En muchas formas de realización, la transferencia de potencia puede usar específicamente una señal de transferencia de potencia que tenga una frecuencia en el rango de 20 kHz - 200 kHz, mientras que la comunicación usa una portadora superior a 10 MHz, tal como, específicamente, la frecuencia portadora de NFC de 13,56 MHz.
No obstante, incluso con dicha diferencia de frecuencia sustancial, aún puede ocurrir una interferencia indeseada entre las funciones, especialmente en escenarios donde la transferencia de potencia está en niveles de potencia muy elevados, donde la comunicación está en frecuencias bajas. De hecho, en escenarios tales como cuando los aparatos de cocina sin cable se alimentan mediante la transferencia de potencia de forma inalámbrica desde una bobina transmisora de transferencia de potencia grande hasta una bobina receptora grande, la bobina transmisora de transferencia de potencia puede ser accionada por un inversor que puede entregar hasta 2,5 kW de potencia al circuito resonante que incluye la bobina transmisora de transferencia de potencia. Incluso en el caso en que la comunicación se realiza a una frecuencia mucho más elevada, la señal de transferencia de potencia puede proporcionar una interferencia sustancial y también puede, p. ej., causar efectos de saturación, etc.
En el sistema de las FIG. 1-3, se aplica un enfoque de división de tiempo en el que la transferencia de potencia y la comunicación se realizan en diferentes intervalos de tiempo. Específicamente, el primer comunicador 205 y el segundo comunicador 305 están dispuestos para controlar, respectivamente, el transmisor de potencia y el receptor de potencia para realizar la transferencia de potencia durante los intervalos de la transferencia de potencia y la comunicación durante los intervalos de tiempo de la comunicación, donde los intervalos de la transferencia de potencia y los intervalos de tiempo de la comunicación están normalmente disjuntos y no están específicamente superpuestos. Un ejemplo del enfoque se muestra en la FIG. 4, donde una trama de tiempo repetitiva comprende un intervalo de la transferencia de potencia PT en el que se realiza la transferencia de potencia (y no la comunicación) y un intervalo de tiempo de la comunicación C en el que se realiza la comunicación (y no la transferencia de potencia). De este modo, en el ejemplo, una trama de tiempo se divide en intervalos / ranuras de tiempo de la transferencia de potencia en los que se genera la señal de transferencia de potencia, pero normalmente no se genera una señal de comunicación, e intervalos / ranuras de tiempo de la comunicación en los que no se genera una señal de transferencia de potencia y se realiza la comunicación (se genera una señal de comunicación). En el ejemplo, la bobina transmisora de transferencia de potencia 103 y la bobina receptora de transferencia de potencia 107 están activas durante los intervalos de la transferencia de potencia, y la primera bobina de comunicación 207 y la segunda bobina de comunicación 307 están activas durante los intervalos de la comunicación.
Se apreciará que, en algunas formas de realización, los intervalos de tiempo pueden tener duraciones que varían de manera dinámica y que la trama de tiempo puede tener una duración que varía de manera dinámica. Por ejemplo, en algunas formas de realización, el intervalo de la comunicación puede no terminarse hasta que se hayan transmitido todos los datos actualmente pendientes. También se apreciará que la trama de tiempo puede incluir otros intervalos de tiempo en los que se realizan otras operaciones o combinaciones (por ejemplo, la trama de tiempo puede, p. ej., incluir ranuras de tiempo combinadas en las que se realiza tanto la transferencia de potencia como la comunicación (p. ej., comunicación no crítica)).
La separación de la transferencia de potencia y la comunicación en el dominio de tiempo puede proporcionar una separación particularmente eficaz del impacto de una operación en la otra y, específicamente, la interferencia causada por la señal de transferencia de potencia en la comunicación puede reducirse o eliminarse por completo. No obstante, incluso en este caso, las funciones separadas de comunicación y transferencia de potencia pueden tener un impacto en cada una. En particular, la funcionalidad requerida para admitir las funciones puede tener un impacto. Específicamente, la presencia de tanto una bobina de transferencia de potencia como una bobina de antena puede tener un impacto. De hecho, la presencia de las bobinas de comunicación puede influir el posicionamiento y la distancia resultante entre las bobinas de transferencia de potencia. De manera similar, la presencia de bobinas de transferencia de potencia que suelen ser grandes puede tener un impacto significativo en el campo electromagnético y la señal de comunicación. Por lo tanto, la construcción y el diseño específicos de las funcionalidades diferentes constituye un desafío crítico para abordar.
El problema se exacerba por el hecho de que tanto las bobinas de transferencia de potencia como las bobinas de comunicación tienen el mismo requisito, ya que deberían estar posicionadas para que se maximice el acoplamiento y se minimice la sensibilidad al posicionamiento/alineamiento. Por ejemplo, las posiciones descentradas de las bobinas de transferencia de potencia o las bobinas de comunicación introducirán una sensibilidad no solo a la posición, sino también a la orientación/rotación de los dispositivos relativas a cada uno, con lo cual, se introducirán restricciones adicionales que son poco prácticas para el usuario.
De hecho, además de admitir la comunicación, las bobinas de comunicación también pueden proporcionar una cantidad pequeña de potencia al receptor de potencia para admitir sistemas electrónicos internos y, específicamente, la funcionalidad de comunicación (p. ej., antes de la transferencia de potencia cuando no se proporciona potencia mediante la señal de transferencia de potencia o durante los intervalos de la comunicación si el almacenamiento de potencia no se implementa en el receptor de potencia). Esto significa que se requiere un buen acoplamiento entre las bobinas de comunicación. No obstante, el acoplamiento entre las bobinas de comunicación y la impedancia de las bobinas está influenciada de forma negativa por la proximidad de las bobinas de transferencia de potencia que normalmente son grandes.
En muchas formas de realización, la bobina de transferencia de potencia y la bobina de comunicación de un dispositivo (el transmisor de potencia o el receptor de potencia) son coaxiales. Las bobinas tienen un eje central en común alrededor del que están distribuidas. La bobina de comunicación puede, por ejemplo, estar posicionada en la parte superior de la bobina de transferencia de potencia (o viceversa). Las bobinas pueden ser invariantes a la rotación alrededor de un eje y, específicamente, alrededor del mismo eje. En dichos casos, cuando el receptor de potencia está óptimamente posicionado con respecto al transmisor de potencia y, específicamente, cuando está posicionado de modo tal que el eje de las bobinas del transmisor de potencia y el eje de las bobinas del receptor de potencia coinciden, tanto las bobinas de comunicación como las bobinas de transferencia de potencia se superpondrán máximamente, lo que dará por resultado una maximización del acoplamiento entre las bobinas de comunicación y las bobinas de transferencia de potencia, respectivamente. De este modo, cuando el receptor de potencia está óptimamente colocado para la transferencia de potencia, también estará óptimamente colocado para la comunicación y, asimismo, la situación será sustancialmente independiente de la orientación del receptor de potencia. En muchas formas de realización, las bobinas de transferencia de potencia pueden ser sustancialmente bobinas planas circulares o espirales alrededor de un eje central. De forma similar, las bobinas de comunicación pueden ser sustancialmente bobinas planas circulares o espirales alrededor de un eje central que, especialmente para una bobina de comunicación de un dispositivo, es sustancialmente el mismo eje que para la bobina de transferencia de potencia del dispositivo.
La FIG. 5 ilustra una sección transversal de una disposición tal tanto para un transmisor de potencia como un receptor de potencia, en la que los dispositivos están posicionados en una configuración óptima para la transferencia de potencia. En el ejemplo, el receptor de potencia 105 está posicionado en la parte superior del transmisor de potencia 101.
El transmisor de potencia 101 comprende la bobina transmisora de transferencia de potencia 103 para generar la señal de transferencia de potencia. En el ejemplo de la FIG. 5, la bobina transmisora de transferencia de potencia 103 está ilustrada por dos áreas que reflejan la sección transversal del área que comprende los arrollamientos y que reflejan que un área central está exenta de arrollamientos.
La primera bobina de comunicación 207 está posicionada en la parte superior de la bobina transmisora de transferencia de potencia 103 hacia el receptor de potencia 105. La FIG. 5 ilustra un ejemplo típico en el que la bobina de comunicación es sustancialmente más pequeña que la bobina transmisora de transferencia de potencia 103. Adicionalmente, en el ejemplo de la FIG. 5, los arrollamientos de la primera bobina de comunicación 207 también rellenan el área central.
La bobina transmisora de transferencia de potencia 103 y la primera bobina de comunicación 207 son coaxiales y están distribuidas simétricamente alrededor de un eje central 501. También son sustancialmente invariantes a la rotación alrededor del eje central 501.
De manera similar, el receptor de potencia 105 comprende la bobina receptora de transferencia de potencia 107 para recibir la señal de transferencia de potencia. En el ejemplo de la FIG. 5, la bobina receptora de transferencia de potencia 107 está ilustrada por dos áreas que reflejan la sección transversal del área que comprende los arrollamientos y que reflejan que un área central está exenta de arrollamientos.
La segunda bobina de comunicación 307 está posicionada debajo de la bobina receptora de transferencia de potencia 107 hacia el transmisor de potencia 101. La FIG. 5 ilustra un ejemplo típico en el que la bobina de comunicación es sustancialmente más pequeña que la bobina receptora de transferencia de potencia 107. Adicionalmente, en el ejemplo de la FIG. 5, los arrollamientos de la segunda bobina de comunicación 307 también rellenan el área central.
La bobina receptora de transferencia de potencia 107 y la segunda bobina de comunicación 307 son coaxiales y están distribuidas simétricamente alrededor de un eje central 501 que, específicamente, es el mismo que el eje central para el transmisor de potencia 101 (que refleja un posicionamiento óptimo del receptor de potencia 105 en el transmisor de potencia 101). También son sustancialmente invariantes a la rotación alrededor del eje central 501.
Aunque la FIG. 5 ilustra un ejemplo en el que el receptor de potencia está óptimamente colocado con respecto al transmisor de potencia, de modo tal que el eje central 501 es común a la disposición de bobina tanto para el transmisor de potencia como para el receptor de potencia, se apreciará que el receptor de potencia normalmente se colocará con algún desalineamiento y el eje central 501 no se alineará por completo para el receptor de potencia al transmisor de potencia. No obstante, se apreciará que, mientras esto puede reducir un poco el acoplamiento, el enfoque y el funcionamiento aún serán aplicables y aún proporcionarán las ventajas y los beneficios descritos, en tanto que el desalineamiento no sea demasiado grande. El desalineamiento exacto que es aceptable dependerá de las preferencias y los requisitos específicos de la forma de realización individual (así como también, p. ej., de las dimensiones de las bobinas).
La disposición de la FIG. 5 puede ser específicamente para aparatos de cocina sin cable con dos bobinas de transferencia de potencia 103, 107 grandes que se usan para transmitir potencia desde el transmisor hasta el receptor. En el medio de las bobinas de transferencia de potencia 103, 107, se colocan las bobinas de comunicación 207, 307.
La disposición puede proporcionar un muy buen acoplamiento entre las bobinas de comunicación 207, 307, puesto que estarán posicionadas cerca una de la otra y, asimismo, con una gran superposición cuando el receptor de potencia esté adecuadamente posicionado para la transferencia de potencia. Adicionalmente, se logra un buen acoplamiento entre las bobinas de transferencia de potencia 103, 107 dado que las bobinas de comunicación 207, 307 son delgadas y, por ende, no aumentan significativamente la distancia entre las bobinas de potencia.
No obstante, una cuestión con una disposición tal es que, incluso en el caso de usar una división de tiempo entre la comunicación y la transferencia de potencia, la presencia de las bobinas puede tener un impacto una en cada una. Específicamente, las bobinas de transferencia de potencia grandes pueden tener un impacto significativo en el rendimiento de la comunicación y, específicamente, en la señal electromagnética de comunicación generada.
Específicamente, la presencia de las bobinas de transferencia de potencia puede afectar la comunicación al perder parte de la potencia transmitida en las bobinas de potencia. Las bobinas de transferencia de potencia se acoplan a las bobinas de comunicación y absorben una parte de la potencia. Esto actúa como una amortiguación a la comunicación. Las bobinas de transferencia de potencia (y su circuito anexado) también pueden añadir resonancias no deseadas en el sistema de comunicación. Un efecto más es el cambio de inductancia y resistencia en la antena de comunicación cuando las bobinas de transferencia de potencia están en las proximidades. Como resultado, la bobina de comunicación se puede desintonizar (a una frecuencia de resonancia diferente) y podrá transmitir menos potencia.
En la configuración de la FIG. 5, un elemento de blindaje magnético 503, 505 está posicionado entre la bobina de potencia y la antena de comunicación. Específicamente, un primer elemento de blindaje magnético 503 está posicionado entre la bobina transmisora de transferencia de potencia 103 y la primera bobina de comunicación 207, y un segundo elemento de blindaje magnético 505 está posicionado entre la bobina receptora de transferencia de potencia 107 y la segunda bobina de comunicación 307. El elemento de blindaje magnético puede ser específicamente una lámina de blindaje delgada que no aumenta significativamente la altura de la disposición (no aumenta sustancialmente la distancia entre la bobina de transferencia de potencia y la bobina de comunicación).
En la disposición de la FIG. 5, las dos bobinas de comunicación 207, 307 están posicionadas durante la operación de transferencia de potencia de modo tal que son las dos bobinas más cercanas y, específicamente, de modo tal que ambas bobinas de comunicación 207, 307 están entre las dos bobinas de transferencia de potencia 103, 107 durante la operación. Para cada uno de los dispositivos, la bobina de transferencia de potencia y la bobina de comunicación están dispuestas de modo tal que la bobina de comunicación está más cercana que la bobina de transferencia de potencia a la superficie a través de la que tiene lugar la transferencia de potencia. El elemento de blindaje magnético está posicionado de modo tal que está más cercano a la superficie de transferencia de potencia que la bobina de transferencia de potencia, pero más lejos de la superficie de transferencia de potencia que la bobina de comunicación. La disposición normalmente es de modo tal que la bobina de comunicación está posicionada entre la bobina de transferencia de potencia del mismo dispositivo (el transmisor de potencia 101 o el receptor de potencia 105) y la bobina de transferencia de potencia del otro dispositivo durante la operación de transferencia de potencia. La bobina de comunicación está específicamente posicionada entre la bobina de transferencia de potencia y el acoplamiento de superficie al otro dispositivo.
El elemento de blindaje magnético comprende un material de blindaje magnético que está dispuesto de modo tal que tiene un punto de saturación que hace que opere en un modo saturado durante los intervalos de la transferencia de potencia y en un modo no saturado durante los intervalos de tiempo de la comunicación. Así, el material de blindaje magnético se selecciona de modo tal que, para las intensidades del campo magnético más elevadas durante la operación de transferencia de potencia, se alcanza la saturación, mientras que para las intensidades del campo mucho más bajas durante la comunicación, el material de blindaje magnético permanece en su modo no saturado. Se apreciará que se pueden usar materiales diferentes en formas de realización diferentes, pero en muchas formas de realización, el material de blindaje magnético puede ser ferrita y el elemento de blindaje magnético puede ser una lámina delgada de ferrita. Así, en muchas formas de realización, se coloca una lámina delgada de ferrita entre la antena y la bobina de potencia (posiblemente tanto del lado del transmisor como del receptor, si bien en muchos escenarios solo el receptor de potencia o el transmisor de potencia puede utilizar un elemento de blindaje magnético tal).
Cuando las láminas delgadas de ferrita se ponen entre la bobina de comunicación y la bobina de transferencia de potencia, la bobina de comunicación está mucho menos influenciada por las bobinas de transferencia de potencia. El material de ferrita tiene una permeabilidad p elevada para intensidades del campo magnético bajas, tal como se experimenta durante la comunicación, y, por consiguiente, es capaz de guiar el flujo de la señal de comunicación lejos de las bobinas del transmisor de potencia (p. ej., hechas de cobre). Las láminas de ferrita pueden crear eficazmente un aumento artificial de la distancia electromagnética entre la bobina de transferencia de potencia y la bobina de comunicación durante la comunicación. Esto puede considerarse como un aislamiento magnético de las bobinas de comunicación a partir de los arrollamientos conductivos de las bobinas de potencia.
No obstante, durante los intervalos de tiempo de la transferencia de potencia, el campo magnético es mucho más intenso, y la ferrita se saturará. Esto volverá eficazmente el efecto del elemento de blindaje magnético insignificante y tendrá eficazmente los mismos efectos que el aire/vacío. En otras palabras, el efecto del elemento de blindaje magnético desaparecerá, y la transferencia de potencia procederá como si el elemento de blindaje magnético no estuviera presente.
Así, en el enfoque, el elemento de blindaje magnético puede comportarse eficazmente como un conmutador y proporcionar un efecto y una función muy diferentes durante los intervalos de tiempo de la comunicación que en los intervalos de tiempo de la transferencia de potencia. Esto puede proporcionar las ventajas deseadas de un aislamiento creciente entre la bobina de comunicación y la bobina de transferencia de potencia durante los intervalos de tiempo de la comunicación sin afectar la transferencia de potencia de manera perjudicial.
La función durante los intervalos de la comunicación puede ser ilustrada por la FIG. 6. Durante dichos intervalos, la primera bobina de comunicación 207 genera una señal de comunicación desde la que el receptor de potencia puede extraer datos, así como también posiblemente potencia, para operar algunas funcionalidades de control (específicamente la comunicación). Durante esta operación, la lámina de ferrita actúa como un blindaje entre la bobina de comunicación y la bobina de transferencia de potencia. La lámina de ferrita blindará la bobina de comunicación a partir de la bobina de transferencia de potencia, y los efectos negativos de las proximidades de las bobinas de transferencia de potencia en la bobina de comunicación se reducirán severamente.
Como se ilustra en la FIG. 6, las líneas del campo se pueden concentrar dentro de las láminas de ferrita, lo que da por resultado un impacto muy reducido de las bobinas de transferencia de potencia. Las líneas del flujo se guían a través de la lámina, y los planos de cobre de las bobinas de transferencia de potencia se blindan eficazmente a partir de las bobinas de comunicación. También se puede ver que se logra un efecto tanto para el receptor de potencia como para el transmisor de potencia con las líneas del flujo que están concentradas en las láminas de ferrita y se mantienen lejos de los arrollamientos de las bobinas de transferencia de potencia. Debería observarse que, en el ejemplo de la FIG.
6, un elemento de ferrita 601 está posicionado al lado de los arrollamientos internos de la bobina transmisora de transferencia de potencia 103 y, así, las líneas del flujo también se guían a través de este elemento (también se apreciará que la bobina transmisora de transferencia de potencia 103 puede comprender arrollamientos externos que no se muestran en la FIG. 6).
Durante la transferencia de potencia, el campo inducido es mucho más intenso, y el blindaje se saturará de inmediato. Cuando el blindaje se sature, se comportará como el aire y tendrá una mínima influencia en la transferencia de potencia sobre las bobinas de transferencia de potencia.
En el ejemplo específico, las láminas de ferrita están posicionadas entre antenas/bobinas de comunicación NFC y bobinas de transferencia de potencia, lo que da por resultado la influencia de las bobinas de transferencia de potencia en las antenas de NFC que están al menos parcialmente blindadas. Esto puede influir el tamaño del aparato/bobinas, puesto que ahora se permite la superposición total de las bobinas de transferencia de potencia y las bobinas/antena de comunicación. Como resultado, múltiples beneficios son posibles:
• Los dispositivos/aparatos se pueden hacer más pequeños (la bobina de comunicación está en el mismo plano que las bobinas de potencia).
• La transferencia de potencia es más eficaz. Las bobinas de potencia se pueden hacer más grandes y colocar más cerca una de la otra, y esto aumenta el acoplamiento entre las bobinas.
• No hay necesidad de diseñar una bobina de comunicación para cada establecimiento de bobina diferente. El efecto de las bobinas de potencia en la vecindad de las antenas se minimiza y, por consiguiente, el diseño de antenas no depende del entorno en la misma medida (específicamente, es menos dependiente de las propiedades de las bobinas de transferencia de potencia).
Las FIG. 7-13 ilustran una posible confección de un prototipo ejemplar de una disposición en conformidad con algunos de los principios descritos. La FIG. 7 muestra un ejemplo de una bobina transmisora orientada hacia arriba. La FIG. 8 muestra una lámina de ferrita colocada en la parte superior de la bobina transmisora. La misma ferrita está orientada hacia arriba en el ejemplo. En la FIG. 9, la primera bobina de comunicación 207 está colocada en la parte superior de la lámina de ferrita. Las pistas de cobre de la primera bobina de comunicación 207 están orientadas hacia arriba. La FIG. 10 muestra la inclusión de un separador de madera de 4 cm, usado para crear la distancia de bobina a bobina (imita, p. ej., una encimera entre el transmisor de potencia y el receptor de potencia). La segunda bobina de comunicación se coloca en la parte superior del separador de madera, con las pistas de cobre orientadas hacia abajo. La FIG. 11 muestra la lámina de ferrita del receptor colocada en la parte superior de la antena del receptor (al revés). La FIG. 12 muestra la bobina receptora de potencia que está colocada en la parte superior de la lámina de ferrita del receptor, y la FIG. 13 muestra una vista lateral de toda la pila. Como se puede ver, las bobinas de comunicación y las láminas de ferrita solo aumentan la distancia de bobina a bobina de la transferencia de potencia en una cantidad muy pequeña. De hecho, las bobinas de comunicación y la lámina de ferrita se pueden hacer muy delgadas, de modo tal que no añadan mucha distancia extra entre las bobinas de transferencia de potencia.
Las características específicas del elemento y el material de blindaje magnético pueden depender de las preferencias y los requisitos de la forma de realización individual.
En muchas formas de realización, se puede usar un elemento de blindaje magnético delgado y normalmente puede tener un espesor que no exceda 1 mm (o para algunos requisitos, que no exceda 0,5 mm, 2 mm o incluso 5 mm). En muchas formas de realización, esto puede proporcionar una compensación ventajosa entre la distancia resultante entre las bobinas de transferencia de potencia y el blindaje magnético. Normalmente, puede proporcionar un cribado eficaz durante la comunicación sin impactar significativamente en el rendimiento durante la transferencia de potencia.
Así, mientras el elemento de blindaje magnético puede reducir el acoplamiento entre las bobinas de transferencia de potencia, esto se puede mantener en niveles bajos mediante el uso de láminas muy delgadas para formar el elemento de blindaje magnético. Esto permite que la influencia de las láminas en la transferencia de potencia sea negligible, al tiempo que se mantienen las ventajas para/durante la comunicación. Cuando las láminas son delgadas, asimismo puede ser más práctico implementar un elemento de blindaje magnético que opera en un modo saturado durante la transferencia de potencia y en un modo no saturado durante la comunicación. El espesor de la lámina se puede diseñar específicamente, de modo tal que la comunicación que usa bobinas de comunicación no dará por resultado el elemento de blindaje magnético que está saturado por las antenas en ninguna circunstancia (p. ej., potencia de comunicación máxima). Al mismo tiempo, el espesor se puede diseñar para que sea lo suficientemente delgado para permitir que se sature durante la transferencia de potencia.
El material específico también se puede seleccionar y diseñar para que se logre un rendimiento lo más cercano a óptimo que sea razonable. Por ejemplo, el material se puede seleccionar para que tenga una permeabilidad elevada y pérdidas bajas para la frecuencia portadora de comunicación dada.
Por ejemplo, la FIG. 14 ilustra un ejemplo de la permeabilidad |j’ y la pérdida j ’’ para un material de ferrita que es adecuado para el uso para la comunicación NFC. La comunicación NFC usa una frecuencia portadora de 13,56 MHz para la que la permeabilidad j ’ es elevada y la pérdida j ’’ es baja para el material de ferrita de la FIG. 14.
La intensidad del campo magnético específica a la que el material de ferrita satura puede ser diferente en formas de realización diferentes. El elemento de blindaje magnético puede estar dispuesto para operar en el modo no saturado para un nivel de transferencia de potencia, p. ej., por debajo de 0,5 W, 1 W, 5 W o 10 W (normalmente, el nivel de transferencia de potencia durante los intervalos de tiempo de la comunicación es cero, pero en algunas formas de realización, se puede transferir una pequeña cantidad de potencia, p. ej., para admitir algunos circuitos electrónicos. No obstante, el nivel se mantiene para que esté por debajo del punto de saturación para el elemento de blindaje magnético).
De manera similar, el elemento de blindaje magnético puede estar dispuesto para operar en el modo saturado para un nivel de transferencia de potencia, p. ej., por encima de 0,5 W, 1 W, 5 W o 10 W. El nivel de potencia correspondiente al punto de saturación normalmente estará por debajo de un nivel de transferencia de potencia mínimo, permitido o esperado durante la transferencia de potencia normal.
Normalmente, la diferencia entre los niveles de potencia / la intensidad del campo magnético generada durante los intervalos de tiempo de la comunicación y durante los intervalos de tiempo de la transferencia de potencia es sustancialmente diferente. Por ejemplo, los niveles de potencia típicos para la comunicación NFC pueden estar en el rango de unos cientos de mW, mientras que los niveles de potencia durante la transferencia de potencia pueden estar en el rango de 10 W y más y, de hecho, para aparatos de cocina, p. ej., puede ser sustancialmente mayor. De este modo, normalmente es posible proporcionar un elemento de blindaje magnético que conmuta entre los modos saturado y no saturado en los intervalos de tiempo de la transferencia de potencia y la comunicación, respectivamente, con algún margen.
En muchas formas de realización, el punto de saturación para el elemento de blindaje magnético puede estar, para una intensidad del campo magnético, en el rango de 100 mT a 1 T Normalmente, un punto de saturación en este rango proporciona un conmutador muy eficaz y fiable entre el modo no saturado en los intervalos de tiempo de la comunicación y el modo saturado en los intervalos de tiempo de la transferencia de potencia. Normalmente, el rango proporciona dicho conmutador eficaz para niveles de potencia prácticos/típicos para funciones y operaciones de comunicación y de transferencia de potencia típicas. En muchas formas de realización, se puede lograr un rendimiento particularmente ventajoso para un punto de saturación para el elemento de blindaje magnético que está, para una intensidad del campo magnético, en el rango de 200 mT a 400 mT.
Una ventaja de la disposición descrita es que permite que se logre un funcionamiento y acoplamientos eficaces para bobinas grandes y, de hecho, permite tanto bobinas de comunicación grandes como bobinas de transferencia de potencia grandes.
En muchas formas de realización, el área de la bobina de comunicación es de no menos de 20 cm2 (o posiblemente, no menos de 10 cm2, 30 cm2, 50 cm2, 100 cm2, para algunos usos). En muchas formas de realización, el área de la transferencia de potencia es de no menos de 50 cm2 (o posiblemente, no menos de 30 cm2, 100 cm2, 200 cm2, 500 cm2, para algunos usos). El área se puede medir en el plano de bobinas/antenas planas. El área puede ser el área de la sección transversal más grande de la bobina/antena.
El uso de dichas bobinas grandes proporciona un número de ventajas en muchos escenarios y formas de realización. Por ejemplo, proporciona un área grande de la intensidad del campo magnético elevada y, por lo tanto, proporciona una libertad mayor en la colocación del receptor de potencia. P ej., para bobinas de comunicación que tienen un diámetro de 10 cm, el receptor de potencia se puede desplazar hasta 10 cm, aunque sigue proporcionando una superposición entre las bobinas de comunicación.
También, una bobina de transferencia de potencia grande normalmente permite un diseño eficaz para niveles de potencia más elevados (más arrollamientos, cables más gruesos) y, por ende, es particularmente adecuada para niveles de potencia más elevados, tales como los experimentados en, p. ej., las aplicaciones de cocina.
La descripción previa se ha centrado en implementaciones y disposiciones correspondientes/simétricas en el receptor de potencia y el transmisor de potencia. No obstante, se apreciará que esto no es necesario o requerido para una implementación ventajosa. De hecho, el transmisor de potencia y el receptor de potencia pueden tener disposiciones y bobinas/antenas sustancialmente diferentes, aunque siguen permitiendo que se produzcan las ventajas descritas. De hecho, en algunas formas de realización, la disposición descrita, y específicamente la inclusión del elemento de blindaje magnético, solo se puede proporcionar en el transmisor de potencia o el receptor de potencia. Así, se debería apreciar que la descripción previa de la configuración de bobina/antena en el transmisor de potencia no está supeditada a ninguna configuración de bobina/antena específica en el receptor de potencia y, de manera similar, que la descripción previa de la configuración de bobina/antena en el receptor de potencia no está supeditada a ninguna configuración de bobina/antena específica en el transmisor de potencia. El enfoque descrito del uso de un elemento de blindaje magnético es, de hecho, aplicable individualmente a implementaciones tanto del transmisor de potencia como del receptor de potencia.
La descripción previa de la antena de comunicación se ha centrado en una implementación de esta como una bobina plana. Dichas bobinas normalmente se implementan como una bobina plana espiral con una distancia al eje central continuamente en crecimiento. No obstante, en muchas formas de realización, el receptor de potencia o transmisor de potencia puede usar una bobina de comunicación que está formada por un conjunto de elementos conductores circulares concéntricos que están interrumpidos, conectados por elementos conductores de transición que tienen al menos parcialmente una dirección radial, es decir, la dirección de los elementos conductores de transición incluye un componente de dirección radial. Así, en vez de estar continuamente en espiral, la bobina de comunicación puede estar formada por elementos circulares que están conectados por elementos que tienen una dirección radial que normalmente es sustancial.
Así, en el ejemplo, cada giro del arrollamiento de la bobina de comunicación puede estar formado por una parte circular que tiene una distancia constante al eje central y una parte de transición que conecta las partes circulares de dos giros adyacentes. La parte de transición no tiene una distancia constante al eje central, pero incluye un componente radial. Normalmente, la parte circular puede cubrir un ángulo de no menos de 270°, y normalmente no menos de 315°, 340° o incluso 350°.
En muchas formas de realización, la antena puede estar dispuesta de modo tal que los elementos conductores circulares son equidistantes uno respecto del otro. Así, la distancia desde un elemento conductor circular dado al vecino o vecinos más cercanos puede ser constante para diferentes elementos conductores circulares. En muchas formas de realización, los conductores de transición también pueden ser equidistantes con respecto a otros conductores de transición y, de hecho, la distancia entre los dos giros vecinos más cercanos puede ser constante para una pluralidad, y normalmente para la totalidad, de los pares de giros vecinos más cercanos.
Un ejemplo de una bobina de comunicación tal se muestra en la FIG. 15. El diseño de la bobina de comunicación de la FIG. 15 se puede usar específicamente para la primera bobina de comunicación 207. En vez de una antena espiral, los giros son circulares en la mayor parte, excepto las áreas de transición pequeñas en donde los conductores parcialmente radiales conectan los giros diferentes. La FIG. 16 ilustra un diseño correspondiente para la segunda bobina de comunicación 307.
La FIG. 17 muestra ejemplos de mediciones de las bobinas de comunicación de las FIG. 15 y 16, en comparación con una bobina espiral con las mismas dimensiones. La FIG. 17 ilustra el acoplamiento 1701 para las bobinas de comunicación circulares, en comparación con el acoplamiento 1703 para las bobinas de comunicación espirales. Como se puede ver, el enfoque específico proporciona un acoplamiento mejorado en comparación con una bobina espiral de convención y, así, normalmente se puede lograr un rendimiento global mejorado. Una espiral nunca es totalmente perpendicular a la línea diagonal donde cruza la línea diagonal, mientras que un círculo siempre lo es. Esta diferencia de ángulo de normalmente unos pocos grados también cambia la dirección del campo. Es muy difícil crear un cambio similar en el ángulo tanto en la bobina de comunicación receptora como transmisora, especialmente cuando se necesita considerar el desalineamiento. La ventaja de una antena espiral es una distancia constante entre los arrollamientos, y los codos puntiagudos no están presentes en el modelo de arrollamiento, que da por resultado una impedancia continua por toda la antena. No obstante, se puede lograr un efecto correspondiente mediante la antena de las FIG. 15 y 16, y especialmente el diseño puede implementar una antena circular donde las conexiones entre las partes circulares se hacen para que sean equidistantes y no contengan codos puntiagudos.
Si bien la presente invención se ha descrito en relación con algunas formas de realización, no se pretende limitarla a la forma específica expuesta en la presente memoria. Más bien, el alcance de la presente invención está limitado solamente por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo para transferencia inalámbrica de potencia desde un transmisor de potencia (101) hasta un receptor de potencia (105) usando una señal electromagnética de transferencia de potencia, siendo el dispositivo uno del transmisor de potencia (101) y el receptor de potencia (105), comprendiendo el dispositivo:
una bobina de transferencia de potencia (103, 107) para recibir o generar la señal de transferencia de potencia; una antena de comunicación (207, 307) para comunicarse con un dispositivo complementario que es el otro dispositivo del receptor de potencia (105) y el transmisor de potencia (101) por medio de una señal de comunicación, superponiéndose la antena de comunicación (207, 307) a la bobina de transferencia de potencia (103, 107); un elemento de blindaje magnético (503, 505) posicionado entre la bobina de transferencia de potencia (103, 107) y la antena de comunicación (207, 307);
un controlador (201, 301) para controlar que el dispositivo realice la transferencia de potencia durante los intervalos de la transferencia de potencia y la comunicación durante los intervalos de tiempo de la comunicación; en donde la bobina de transferencia de potencia (103, 107) y la antena de comunicación (207, 307) están dispuestas de modo tal que la antena de comunicación (207, 307) está posicionada entre la bobina de transferencia de potencia (103, 107) y una bobina de transferencia de potencia del dispositivo complementario durante la operación de transferencia de potencia,
caracterizado por que
el elemento de blindaje magnético (503, 505) comprende un material de blindaje magnético que tiene un punto de saturación de modo tal que opera en un modo saturado durante los intervalos de la transferencia de potencia y en un modo no saturado durante los intervalos de tiempo de la comunicación;
el punto de saturación corresponde a una intensidad del campo magnético mayor que la generada por la señal de comunicación durante los intervalos de tiempo de la comunicación y menor que la generada por la señal de transferencia de potencia durante los intervalos de tiempo de la transferencia de potencia.
2. El dispositivo de la reivindicación 1 en donde el elemento de blindaje magnético (503, 505) es un elemento de lámina que tiene un espesor que no excede 1 mm.
3. El dispositivo de cualquier reivindicación previa en donde el material de blindaje magnético es un material de ferrita.
4. El dispositivo de cualquiera de las reivindicaciones previas en donde el dispositivo es un receptor de potencia (105) y el dispositivo complementario es un transmisor de potencia (101).
5. El dispositivo de cualquiera de las reivindicaciones previas en donde el dispositivo es un transmisor de potencia (101) y el dispositivo complementario es un receptor de potencia (105).
6. El dispositivo de cualquiera de las reivindicaciones previas en donde la antena de comunicación (207, 307) es una antena plana que tiene un área de no menos de 30 cm2.
7. El dispositivo de cualquiera de las reivindicaciones previas en donde un área de la bobina de transferencia de potencia (103, 107) es de no menos de 50 cm2.
8. El dispositivo de cualquiera de las reivindicaciones previas en donde la antena de comunicación (207, 307) y la bobina de transferencia de potencia (103, 107) son bobinas planas.
9. El dispositivo de cualquiera de las reivindicaciones previas en donde la antena de comunicación (207, 307) y la bobina de transferencia de potencia (103, 107) son coaxiales.
10. El dispositivo de cualquier reivindicación previa en donde los intervalos de la transferencia de potencia y los intervalos de tiempo de la comunicación están disjuntos.
11. El dispositivo de cualquier reivindicación previa en donde el punto de saturación para el elemento de blindaje magnético (503, 505) está en un rango de 100 mT a 1 T
12. El dispositivo de cualquier reivindicación previa en donde el punto de saturación para el elemento de blindaje magnético (503, 505) está en un rango de 200 mT a 400 mT
13. Un sistema de transferencia inalámbrica de potencia que comprende:
un transmisor de potencia (101) que comprende:
una primera bobina de transferencia de potencia (103) para generar una señal de transferencia de potencia para transferir potencia a un receptor de potencia;
una primera antena de comunicación (207) para comunicarse con el receptor de potencia (105) por medio de una señal de comunicación, superponiéndose la primera antena de comunicación (207) a la primera bobina de transferencia de potencia (103);
un primer elemento de blindaje magnético (503) posicionado entre la primera bobina de transferencia de potencia (103) y la primera antena de comunicación (207);
un primer controlador (203) para controlar que el transmisor de potencia (101) realice la transferencia de potencia durante los intervalos de la transferencia de potencia y la comunicación durante los intervalos de tiempo de la comunicación; y
un receptor de potencia (105) que comprende:
una segunda bobina de transferencia de potencia (107) para recibir o generar la señal de transferencia de potencia; una segunda antena de comunicación (307) para comunicarse con el transmisor de potencia (101) por medio de la señal de comunicación, superponiéndose la segunda antena de comunicación (307) a la segunda bobina de transferencia de potencia (107);
un segundo elemento de blindaje magnético (505) posicionado entre la segunda bobina de transferencia de potencia (107) y la segunda antena de comunicación (307); un segundo controlador (301) para controlar que el receptor de potencia (105) realice la transferencia de potencia durante los intervalos de la transferencia de potencia y la comunicación durante los intervalos de tiempo de la comunicación;
en donde
la primera bobina de transferencia de potencia (103) y la primera antena de comunicación (207) están dispuestas de modo tal que la primera antena de comunicación (207) está posicionada entre la primera bobina de transferencia de potencia (103) y la segunda bobina de transferencia de potencia (107) durante la operación de transferencia de potencia;
la segunda bobina de transferencia de potencia (107) y la segunda antena de comunicación (307) están dispuestas de modo tal que la segunda antena de comunicación (307) está posicionada entre la primera bobina de transferencia de potencia (103) y la segunda bobina de transferencia de potencia (107) durante la operación de transferencia de potencia;
caracterizado por que
el primer elemento de blindaje magnético (503) comprende un primer material de blindaje magnético que tiene un primer punto de saturación de modo tal que opera en un modo saturado durante los intervalos de la transferencia de potencia y en un modo no saturado durante los intervalos de tiempo de la comunicación, correspondiendo el primer punto de saturación a una intensidad del campo magnético mayor que la generada por la primera antena de comunicación (207) durante los intervalos de tiempo de la comunicación y menor que la generada por la primera bobina de transferencia de potencia (103) durante los intervalos de tiempo de la transferencia de potencia; y el segundo elemento de blindaje magnético (503) comprende un segundo material de blindaje magnético que tiene un segundo punto de saturación de modo tal que opera en un modo saturado durante los intervalos de la transferencia de potencia y en un modo no saturado durante los intervalos de tiempo de la comunicación, correspondiendo el segundo punto de saturación a una intensidad del campo magnético mayor que la generada por la primera antena de comunicación (207) durante los intervalos de tiempo de la comunicación y menor que la generada por la primera bobina de transferencia de potencia (103) durante los intervalos de tiempo de la transferencia de potencia.
14. Un procedimiento de funcionamiento para un dispositivo para transferencia inalámbrica de potencia desde un transmisor de potencia (101) hasta un receptor de potencia (105) usando una señal electromagnética de transferencia de potencia, siendo el dispositivo uno del transmisor de potencia (101) y el receptor de potencia (105), comprendiendo el procedimiento:
una bobina de transferencia de potencia (103, 107) que recibe o genera la señal de transferencia de potencia; una antena de comunicación (207, 307) que se comunica con un dispositivo complementario que es el otro dispositivo del receptor de potencia (105) y el transmisor de potencia (101) por medio de una señal de comunicación, superponiéndose la antena de comunicación (207, 307) a la bobina de transferencia de potencia (103, 107);
se proporciona un elemento de blindaje magnético (503, 505) posicionado entre la bobina de transferencia de potencia (103, 107) y la antena de comunicación (207, 307);
un controlador (201, 301) que controla que el dispositivo realice la transferencia de potencia durante los intervalos de la transferencia de potencia y la comunicación durante los intervalos de tiempo de la comunicación; en donde el elemento de blindaje magnético (503, 505) comprende un material de blindaje magnético que tiene un punto de saturación de modo tal que opera en un modo saturado durante los intervalos de la transferencia de potencia y en un modo no saturado durante los intervalos de tiempo de la comunicación;
el punto de saturación corresponde a una intensidad del campo magnético mayor que la generada por la señal de comunicación durante los intervalos de tiempo de la comunicación y menor que la generada por la señal de transferencia de potencia durante los intervalos de tiempo de la transferencia de potencia; y
la bobina de transferencia de potencia (103, 107) y la antena de comunicación (207, 307) están dispuestas de modo tal que la antena de comunicación (207, 307) está posicionada entre la bobina de transferencia de potencia (103, 107) y una bobina de transferencia de potencia del dispositivo complementario durante la operación de transferencia de potencia.
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