RU2014150992A

RU2014150992A - Система беспроводной зарядки и ее применение для зарядки мобильных и переносных устройств

Info

Publication number: RU2014150992A
Application number: RU2014150992A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич ХРИПКОВ; Михаил Николаевич Макурин; Константин Александрович Павлов; Николай Николаевич Олюнин; Владимир Яковлевич Архипенков; Довон КИМ
Original assignee: Самсунг Электроникс Ко., Лтд.
Priority date: 2014-12-16
Filing date: 2014-12-16
Publication date: 2016-07-10
Also published as: KR20160073303A; KR102524585B1; RU2623095C2

Abstract

1. Система беспроводной зарядки, содержащая:- блок беспроводной передачи энергии, содержащий:источник энергии;передающую катушку индуктивности, соединенную с источником энергии и выполненную с возможностью испускания электромагнитного излучения;первый экранирующий элемент, выполненный таким образом, чтобы электромагнитное излучение, испускаемое посредством передающей катушки индуктивности, подавлялось за пределами активной области зарядки, определяемой структурой передающей катушки индуктивности; ипервую цепь согласования импедансов, соединенную между источником энергии и передающей катушкой индуктивности и выполненную с возможностью обеспечения согласования импедансов между передающей катушкой индуктивности и источником энергии; и- блок беспроводного приема энергии, содержащий:приемную катушку индуктивности, связанную индуктивным способом с передающей катушкой индуктивности, чтобы электромагнитное излучение, испускаемое посредством передающей катушки индуктивности, индуцировало зарядные токи в приемной катушке индуктивности;нагрузку, соединенную с приемной катушкой индуктивности и выполненную с возможностью заряжаться посредством зарядных токов; ивторую цепь согласования импедансов, соединенную между приемной катушкой индуктивности и нагрузкой и выполненную с возможностью обеспечения согласования импедансов между приемной катушкой индуктивности и нагрузкой;причем первая и вторая схемы согласования дополнительно выполнены с возможностью обеспечения резонанса между передающей катушкой индуктивности и приемной катушкой индуктивности, чтобы максимально повысить эффективн

Claims

1. Система беспроводной зарядки, содержащая:

- блок беспроводной передачи энергии, содержащий:

источник энергии;

передающую катушку индуктивности, соединенную с источником энергии и выполненную с возможностью испускания электромагнитного излучения;

первый экранирующий элемент, выполненный таким образом, чтобы электромагнитное излучение, испускаемое посредством передающей катушки индуктивности, подавлялось за пределами активной области зарядки, определяемой структурой передающей катушки индуктивности; и

первую цепь согласования импедансов, соединенную между источником энергии и передающей катушкой индуктивности и выполненную с возможностью обеспечения согласования импедансов между передающей катушкой индуктивности и источником энергии; и

- блок беспроводного приема энергии, содержащий:

приемную катушку индуктивности, связанную индуктивным способом с передающей катушкой индуктивности, чтобы электромагнитное излучение, испускаемое посредством передающей катушки индуктивности, индуцировало зарядные токи в приемной катушке индуктивности;

нагрузку, соединенную с приемной катушкой индуктивности и выполненную с возможностью заряжаться посредством зарядных токов; и

вторую цепь согласования импедансов, соединенную между приемной катушкой индуктивности и нагрузкой и выполненную с возможностью обеспечения согласования импедансов между приемной катушкой индуктивности и нагрузкой;

причем первая и вторая схемы согласования дополнительно выполнены с возможностью обеспечения резонанса между передающей катушкой индуктивности и приемной катушкой индуктивности, чтобы максимально повысить эффективность передачи энергии.

2. Система по п. 1, в которой передающая катушка индуктивности имеет множество проводящих витков, отделенных друг от друга зазорами, причем зазоры уменьшаются в направлении удаления от центральной области передающей катушки индуктивности.

3. Система по п. 1, в которой первый экранирующий элемент изготовлен из проводящих и/или ферритовых материалов.

4. Система по п. 1, в которой первая цепь согласования импедансов дополнительно выполнена с возможностью шунтирования синфазных токов к первому экранирующему элементу, чтобы подавлять паразитное излучение, испускаемое посредством передающей катушки индуктивности.

5. Система по п. 4, в которой первая цепь согласования импедансов блока беспроводной передачи энергии содержит:

по меньшей мере, два шунтирующих конденсатора, соединенных параллельно передающей катушке индуктивности, причем шунтирующие конденсаторы соединяют передающую катушку индуктивности с первым экранирующим элементом и заземлением источника энергии, вследствие чего обеспечивается упомянутое шунтирование синфазных токов; и

по меньшей мере, два последовательных конденсатора, соединяющих контакты передающей катушки индуктивности с соответствующими выводами источника энергии.

6. Система по п. 5, в которой шунтирующие и последовательные конденсаторы первой цепи согласования импедансов дополнительно выбраны таким образом, чтобы осуществлять преобразование импеданса передающей катушки индуктивности в оптимальный импеданс для источника энергии.

7. Система по п. 1, в которой активная область зарядки, определяемая структурой передающей катушки индуктивности, обеспечивает практически постоянный импеданс, независимо от позиции и ориентации нагрузки в ней.

8. Система по п. 1, в которой передающая катушка индуктивности является плоской катушкой индуктивности, изготовленной на однослойной или многослойной плате PCB.

9. Система по п. 8, в которой плоская катушка индуктивности изготовлена из групп слоев, причем каждый слой одной группы слоев имеет одинаковую структуру витков, все слои одной группы слоев соединены друг с другом посредством множества межслойных соединений и реализованы в качестве непрерывной проводящей катушки индуктивности, имеющей толщину, равную толщине упомянутой одной группы слоев.

10. Система по п. 1, в которой первая цепь согласования импедансов сбалансирована относительно вывода источника энергии и имеет контакт, соединенный с заземлением источника энергии.

11. Система по п. 1, в которой блок беспроводной передачи энергии дополнительно содержит поглощающие резонансные элементы, которые расположены под передающей катушкой индуктивности и используются для подавления пиков электромагнитного излучения, испускаемого посредством передающей катушки индуктивности.

12. Система по п. 11, в которой резонансные частоты поглощающих резонансных элементов настроены так, чтобы быть равными частотам пиков электромагнитного излучения, испускаемого посредством передающей катушки индуктивности, вследствие чего поглощающие резонансные элементы способны поглощать пики электромагнитного излучения на этих резонансных частотах.

13. Система по п. 11, в которой поглощающие резонансные элементы выполнены в качестве резонаторов в форме разрезных колец, резонаторов в форме комплементарных разрезных колец, резонансных спиралей, комплементарных резонансных спиралей или метаматериальных структур других типов.

14. Система по п. 1, в которой витки передающей катушки индуктивности имеют максимальные радиусы кривизны на внешних краях передающей катушки индуктивности и минимальные радиусы кривизны в центральной области передающей катушки индуктивности.

15. Система по п. 1, в которой передающая катушка индуктивности имеет центральный отвод, соединенный с первым экранирующим элементом, причем центральный отвод используется для шунтирования синфазных токов к первому экранирующему элементу.

16. Система по п. 15, в которой центральный отвод соединен с первым экранирующим элементом через гальванические или емкостные соединения, причем упомянутое емкостное соединение сформировано в виде сосредоточенных емкостных элементов или взаимной емкости между центральным отводом и первым экранирующим элементом.

17. Система по п. 1, в которой между передающей катушкой индуктивности и первым экранирующим элементом сформировано множество соединительных отводов посредством емкостных соединений.

18. Система по п. 1, в которой структура передающей катушки индуктивности определена следующим образом:

где lx_N, ly_N и lx₁, ly₁ являются внешними и внутренними размерами передающей катушки индуктивности, соответственно, N является количеством витков, r_i является радиусом кривизны i-го витка, а α является параметром отношения витков.

19. Система по п. 1, в которой блок беспроводного приема энергии встроен в электронное устройство, а нагрузкой является батарея или батарейный блок электронного устройства.

20. Система по п. 19, в которой электронное устройство является мобильным и переносным устройством, выбранным из группы, состоящей из смартфонов, интеллектуальных часов, интеллектуальных очков, планшетных компьютеров и ноутбуков.

21. Система по п. 19, в которой передающая катушка индуктивности позволяет заряжать одно или более электронных устройств в пределах активной области зарядки.

22. Система по п. 1, в которой вторая цепь согласования импедансов блока беспроводного приема энергии содержит:

по меньшей мере, два шунтирующих конденсатора, соединенных параллельно приемной катушке индуктивности, и

по меньшей мере, два последовательных конденсатора, соединяющих приемную катушку индуктивности с выводами нагрузки;

причем конденсаторы второй цепи согласования импедансов выполнены с возможностью обеспечения, совместно с конденсаторами первой цепи согласования импедансов, резонанса между передающей катушкой индуктивности и приемной катушкой индуктивности, что также максимально повышает эффективность передачи энергии.

23. Система по п. 21, в которой конденсаторы второй цепи согласования импедансов дополнительно выбраны таким образом, чтобы осуществлять преобразование импеданса приемной катушки индуктивности в оптимальный импеданс для нагрузки.

24. Система по п. 1, в которой передающая катушка индуктивности выполнена с возможностью испускания, по существу, однородного электромагнитного излучения в пределах активной области зарядки.

25. Система по п. 1, в которой передающая катушка индуктивности дополнительно выполнена с возможностью обеспечения, по существу, постоянной взаимной индуктивности и собственной индуктивности передающей катушки индуктивности и приемной катушки индуктивности всякий раз, когда блок беспроводного приема энергии случайным образом располагается в пределах активной области зарядки.

26. Система по п. 1, в которой первая цепь согласования импедансов дополнительно выполнена с возможностью:

изменения импеданса передающей катушки индуктивности в зависимости от нагрузки блока беспроводного приема энергии.

27. Система по п. 1, выполненная с возможностью работы в диапазоне частот от 100 кГц до 100 МГц.

28. Система по п. 1, в которой блок беспроводного приема энергии дополнительно содержит выпрямитель, который расположен перед нагрузкой и выполнен с возможностью осуществления преобразования переменного тока в постоянный ток в отношении индуцированных зарядных токов.

29. Система по п. 1, в которой приемная катушка индуктивности имеет множество проводящих витков, причем плотность и геометрия упомянутых витков зависят от геометрии и энергопотребления блока беспроводного приема энергии.

30. Система по п. 19, в которой блок беспроводного приема энергии дополнительно содержит второй экранирующий элемент, установленный под приемной катушкой индуктивности для изолирования внутренних компонентов электронного устройства от электромагнитного излучения, испускаемого посредством передающей катушки индуктивности и приемной катушки индуктивности.

31. Система по п. 19, в которой батарея или батарейный блок обеспечивает изолирование внутренних компонентов электронного устройства.