RU2540896C2

RU2540896C2 - Источник питания

Info

Publication number: RU2540896C2
Application number: RU2012106075/07A
Authority: RU
Inventors: Дэвид В. БААРМЭН; ДжР. Уиллиам Т. СТОУНЕР; Хай Д. НГУЕН
Original assignee: Эксесс Бизнесс Груп Интернешнл Ллс
Priority date: 2009-07-24
Filing date: 2010-07-23
Publication date: 2015-02-10
Also published as: CN102640379A; TWI578142B; CA2768397A1; JP2016007129A; US9673634B2; TW201111969A; US20110018360A1; US20170237280A1; CN102640379B; US20140035387A1; KR20120051033A; WO2011011681A2; JP2013500692A; AU2010275527A1; MY163899A; JP5785167B2; EP2457298A2; JP6456418B2; CN104935084B; RU2012106075A

Abstract

Изобретение относится к электротехнике. Универсальный источник беспроводного питания содержит несколько беспроводных передатчиков энергии и сетевой адаптер, включающий схему источника питания и корпус, который разделен на две секции, соединенные вместе при помощи поворотного шарнира; каждая из указанных секций включает по меньшей мере один из указанных нескольких беспроводных передатчиков энергии; указанные две секции можно поворачивать в разные положения, чтобы изменить положение и ориентацию указанных нескольких беспроводных передатчиков энергии. Технический результат - повышение безопасности и надёжности. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 33 ил.

Description

Изобретение относится к источникам питания, в частности к источникам питания, предназначенным для обеспечения энергией ряда различных устройств.

Продолжается существенный рост портативных электронных устройств, таких как лэптопы, КПК, сотовые телефоны, смартфоны и портативные мультимедийные проигрыватели. Хотя ряд стандартов для обеспечения беспроводного взаимодействия с электронными устройствами уже разработаны, многие из этих устройств продолжают досаждать необходимостью подключения их к источнику питания при помощи кабеля. Обычно, каждый источник питания включает в себя сетевой адаптер для преобразования переменного напряжения сети в постоянное напряжение, необходимое для питания устройства, и кабелей питания для подключения входа адаптера к штепсельной розетке и выхода адаптера к электронному устройству. В некоторых случаях вилка выступает из адаптера так, что адаптер подключается непосредственно к штепсельной розетке, и требуется только один кабель питания: от адаптера к электронному устройству (см. фиг.1). Сетевые адаптеры (часто называемые «кирпичами») относительно тяжелые и занимают много места. Обычные системы электропитания обладают рядом недостатков. Например, источник питания с адаптером и соединенными кабелями питания вызывает неудобство при использовании, хранении и переноске. Во время работы кабели питания создают неприглядный вид и часто неуправляемый беспорядок. Более того, подсоединенные кабели питания лишают устройство мобильности. С несколькими портативными устройствами пользователю может понадобиться переносить несколько источников питания, включая сетевые адаптеры и комплекты кабелей питания. Это только усугубляет проблему.

Стремление к уменьшению проблемы привели к разработке «универсальных» источников питания. Решение проблемы при помощи универсального источника питания осложняется рядом технических сложностей. Одна из этих сложностей возникает из-за того, что у разных портативных устройств разные требования к питанию. Обычный универсальный источник питания включает один сетевой адаптер, предназначенный для обеспечения питания нескольких устройств. Например, на фиг.2 представлен обычный универсальный источник питания. В этом варианте воплощения источник питания включает сетевой адаптер с несколькими портами питания. Сетевой адаптер сконфигурирован так, чтобы обеспечить заданное напряжение питания каждому порту. Различные электронные устройства, такие как лэптопы и смартфоны, могут быть подключены к сетевому адаптеру обычными кабелями питания. Несмотря на заметные успехи, для этого решения все еще требуется отдельный кабель питания на каждое устройство, подключенное к источнику питания. Более того, для типового решения требуется предварительная конфигурация электронных устройств на прием заданного напряжения от источника питания.

В качестве альтернативы решениям с проводным источником питания в последнее время наметился существенный подъем в поиске решений с беспроводным питанием. Системы беспроводного электропитания исключают необходимость в кабелях питания и, следовательно, исключают много неудобств, связанных с ними. Например, решения с беспроводным питанием могут исключить:

необходимость в хранении и накоплении кабелей питания;

неприглядный вид, созданный кабелями питания;

необходимость постоянно физически подсоединять удаленные устройства к кабелям питания и отсоединять от них;

необходимость подносить кабели питания всякий раз, когда требуется питание, например подзарядка;

сложности с определением, какие кабели питания к какому устройству относятся.

Внедрение решений с беспроводным питанием некоторым образом усложнило управление питанием нескольких устройств - по крайней мере, на ближайшее время. Например, пользователю, имеющему как устройства беспроводного питания или зарядки, так и устройства, которым для питания или зарядки нужны провода, придется иметь как проводные, так и беспроводные источники питания. Даже если приобрести универсальный источник питания для всех пользователей проводных устройств, отдельный источник беспроводного питания все равно понадобится.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Одним объектом настоящего изобретения является универсальный источник питания, предназначенный для обеспечения питания ряда как проводных, так и беспроводных электронных устройств. В одном варианте воплощения источник питания включает встроенный беспроводной передатчик энергии и одно или более гнезд питания для проводной передачи энергии. В таких вариантах воплощения, в которых источник питания включает в себя несколько гнезд питания, разные гнезда питания могут обеспечивать разные напряжения питания. Для установления различия между разными напряжениями питания могут быть использованы разные формы разъемов. В других вариантах воплощения все гнезда питания могут обеспечивать одинаковое напряжение питания. В вариантах воплощения этого типа порты питания могут быть обычными портами USB, которые обеспечивают питание по стандартам USB.

В альтернативном варианте воплощения источник питания может включать гнезда питания, сконфигурированные для приема съемных беспроводных передатчиков энергии, таких как съемные первичные катушки. В некоторых вариантах воплощения для установления различия между гнездами беспроводных передатчиков энергии и гнездами питания для проводных устройств могут быть использованы разъемы разной формы. В некоторых вариантах воплощения формы разъема могут быть одинаковыми, а в электронной схеме сетевого адаптера может быть предусмотрено определение того, что подсоединено в данное гнездо питания, и обеспечить это гнездо соответствующим питанием.

Вторым объектом настоящего изобретения является универсальный источник беспроводного питания с несколькими беспроводными передатчиками энергии, запитанными от одного сетевого адаптера. В одном варианте воплощения сетевой адаптер включает в себя несколько встроенных передатчиков энергии и сконфигурирован на обеспечение свободы перемещения этих передатчиков. В одном варианте воплощения передатчики энергии могут быть подключены к сетевому адаптеру гибкими соединителями, что позволит складывать этот узел для уменьшения габаритов. Гибкие соединители могут также обеспечить передатчикам энергии некоторую степень пространственной свободы.

В другом варианте воплощения второго объекта сетевой адаптер может включать несколько секций, подвижно соединенных друг с другом. Отдельные передатчики энергии могут быть расположены в разных секциях, так что движение одной секции по отношению к другой обеспечивает пространственную свободу между передатчиками энергии. Секции могут быть соединены при помощи петли, шарнира или другой подходящей механической конструкции.

В другом варианте воплощения источник питания может включать сетевой адаптер с портами питания, предназначенными для избирательного приема нескольких беспроводных передатчиков энергии. При необходимости один или более передатчиков энергии могут быть селективно подключены к источнику питания. В одном варианте воплощения каждый беспроводной передатчик энергии может включать один или более портов питания для дополнительных беспроводных передатчиков энергии, чтобы эти передатчики можно было объединить в гирляндную цепь.

Первым объектом настоящего изобретения является универсальный источник питания, который предназначен для питания как проводных, так и беспроводных электронных устройств. Этот объект настоящего изобретения представляет собой обычный, удобный в обращении источник питания, который может быть использован для широкого спектра устройств, таким образом, исключая необходимость носить несколько источников питания, даже когда необходимо запитать как проводные, так и беспроводные устройства. Вторым объектом настоящего изобретения является источник беспроводного питания, приспособленный к разным вариантам применения. В вариантах воплощения с подвижными секциями источника питания источник питания можно конфигурировать для удобного хранения и реконфигурировать, чтобы обеспечить удобную беспроводную зарядку устройств различного типа. В вариантах воплощения со съемными передатчиками источника питания размер источника питания можно поддерживать минимальным путем добавления только тех передатчиков, которые необходимы. Источник беспроводного питания также имеет дополнительное преимущество, принимая во внимание присущую внутреннюю безопасность. Эта присущая внутренняя безопасность позволяет использовать в источнике питания высокое напряжение. Заземление и изоляция источника питания может быть проще и рентабельнее, чем заземление и изоляция общепринятых источников питания. Это также повышает безопасность и надежность таких источников питания. Эти источники питания могут также включать маломощный вариант работы для режима ожидания как в системе, описанной в патентной публикации США 2010/0084918 «Power System», поданной 10 февраля 2009 г., которая включена сюда посредством ссылки в полном объеме.

Эти и другие объекты, преимущества и признаки изобретения будут более понятны и оценены по достоинству исходя из описания данного варианта выполнения и чертежей.

На фиг.1 представлено электронное устройство с обычным источником проводного питания.

На фиг.2 представлена пара электронных устройств с обычным источником проводного питания, имеющим несколько выходных гнезд.

На фиг.3 представлен источник питания по варианту воплощения первого объекта настоящего изобретения.

На фиг.4 представлен первый альтернативный источник питания по варианту воплощения настоящего изобретения.

На фиг.5 представлен первый альтернативный источник питания со съемной катушкой, складывающейся поверх сетевого адаптера.

На фиг.6 представлен покомпонентный вид в разрезе съемного передатчика энергии.

На фиг.7 представлен покомпонентный вид в разрезе другого съемного передатчика энергии.

На фиг.8 представлен второй альтернативный источник питания.

На фиг.9 представлен второй альтернативный источник питания с беспроводным удлиненным модулем для компьютера.

На фиг.10 представлена схема источника питания.

На фиг.11 представлена первая альтернативная схема источника питания.

На фиг.12 представлена вторая альтернативная схема источника питания.

На фиг.13 показана серия иллюстраций источника питания по варианту воплощения второго объекта настоящего изобретения.

На фиг.14 представлено расположение электронных устройств на источнике питания по фиг.13.

На фиг.15 представлен альтернативный источник питания по второму объекту настоящего изобретения.

На фиг.16 дана серия иллюстраций, показывающая переход между двумя разными конфигурациями во втором альтернативном варианте воплощения.

На фиг.17 представлен вид сбоку разъема для соединения секций сетевого адаптера.

На фиг.18А-Е представлены разные варианты использования источника питания по фиг.15.

На фиг.19 показано, как источник питания по фиг.15 можно использовать для питания компьютера.

На фиг.20 показан источник питания по фиг.15, сопряженный с компьютером.

На фиг.21 показан источник питания по фиг.15, вмонтированный в док-станцию.

На фиг.22 показан источник питания по фиг.15, вмонтированный в компьютерную сумку.

На фиг.23 представлен третий альтернативный источник питания по второму объекту настоящего изобретения.

На фиг.24 представлен четвертый альтернативный источник питания по второму объекту настоящего изобретения.

На фиг.25 показан источник питания по фиг.24 в сложенной конфигурации.

На фиг.26 представлен пятый альтернативный источник питания по второму объекту настоящего изобретения.

На фиг.27 показан источник питания по фиг.26 в сложенной конфигурации.

На фиг.28 представлена схема источника питания по второму объекту настоящего изобретения.

На фиг.29 представлен сетевой кирпич с выдвигаемой платой беспроводного передатчика энергии в положении для питания лэптопа.

На фиг.30 представлен сетевой кирпич с выдвинутой платой по фиг.29.

На фиг.31 представлен сетевой кирпич с поворачивающейся платой беспроводного передатчика энергии в положении для питания лэптопа.

На фиг.32 представлен вид в перспективе и вид снизу сетевого кирпича по фиг.31.

На фиг.33 представлена схема многовходового источника беспроводного питания.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Источник питания по варианту воплощения первого объекта настоящего изобретения показан на фиг.3. Источник питания 10 в общем включает в себя сетевой адаптер 13 с беспроводным передатчиком 14 энергии для питания беспроводных электронных устройств D и несколько портов 16 питания для питания проводных электронных устройств WD. Сетевой адаптер 13 включает в себя электронную схему, необходимую для преобразования напряжения электросети (переменного тока) в напряжение, необходимое для питания электронных устройств. Беспроводной передатчик 14 энергии может быть встроен в сетевой адаптер 13 или подключен к нему через гнездо 18 (показано на фиг.4). При эксплуатации проводное устройство WD можно подключить к источнику питания 10, используя обычный кабель питания С, вставленный в соответствующее сетевое гнездо 16. В проводном устройстве WD энергия питания может использоваться для работы и/или для зарядки внутреннего аккумулятора. Несколько проводных устройств WD можно подключить к источнику питания 10, используя отдельные кабели питания С, вставленные в различные порты 16 питания. Беспроводные устройства D можно поместить в непосредственной близости от беспроводного передатчика 14 энергии (например, для зарядки или работы). Раскрыто несколько альтернативных вариантов воплощения этого, первого объекта настоящего изобретения.

Источник питания по варианту воплощения второго объекта настоящего изобретения показан на фиг.13. В этом варианте воплощения источник питания 510 в общем включает в себя сетевой адаптер 513 с несколькими беспроводными передатчиками 514 энергии. Сетевой адаптер 513 включает в себя несколько секций, подвижных по отношению друг к другу. В этом варианте воплощения секции соединяются по оси шарнира или линии сгиба, что позволяет при необходимости складывать их и раскрывать. Каждая секция включает один или более беспроводных передатчиков энергии, так что движение секций приводит к избирательным вариантам расположения и ориентации беспроводных передатчиков энергии. Как и в случае первого объекта настоящего изобретения, раскрыто несколько альтернативных вариантов воплощения второго объекта настоящего изобретения.

Как отмечено выше, первым объектом настоящего изобретения является источник питания 10, который предназначен для обеспечения беспроводного питания по меньшей мере одного беспроводного электронного устройства D, используя беспроводной передатчик энергии, и по меньшей мере одного проводного электронного устройства WD, используя один или более портов 16 питания. Один вариант воплощения этого объекта настоящего изобретения показан на фиг.3. На фиг.3 показан источник питания 10 с встроенным беспроводным передатчиком 14 энергии и несколько портов 16 питания, расположенных в корпусе 12. Источник питания 10 включает кабель питания 19 для подключения источника питания к сети переменного тока, например, через штепсельную вилку (не показана). Внутренняя электронная схема (описана более подробно ниже) источника питания 10 преобразует энергию сети переменного тока в энергию для питания нескольких проводных и беспроводных электронных устройств.

В представленном варианте воплощения источник питания 10 сконфигурирован на беспроводное питание, используя, в общем, обычные способы и устройства индуктивной передачи энергии. Например, беспроводной передатчик 14 энергии может создавать электромагнитное поле, которое принимается и используется для получения энергии в беспроводном электронном устройстве D. Беспроводной передатчик 14 энергии этого варианта воплощения представляет собой первичную катушку 20, сконфигурированную для создания электромагнитного поля, подходящего для индуктивной передачи энергии беспроводному электронному устройству D. Аналогично, беспроводное электронное устройство этого варианта воплощения включает в себя вторичную катушку 22, сконфигурированную для получения энергии, когда она помещена в зону действия подходящего электромагнитного поля. Хотя представленные варианты воплощения используют индуктивные методы беспроводной передачи энергии беспроводному устройству, в источнике питания 10 могут альтернативно (или в дополнение) использоваться и другие формы беспроводной передачи энергии.

В этом, представленном варианте воплощения, источник питания 10 имеет, в общем, прямоугольный корпус 12. Размер, форма и конфигурация корпуса 12 могут меняться в зависимости от области применения. Несколько портов 16 питания вмонтированы в корпус 12 для питания проводных устройств. Порты 16 питания могут быть обычными портами USB, в которые входят обычные штекеры USB и которые обеспечивают питание по существующим стандартам USB. Это предоставляет возможность источнику питания 10 обеспечивать питание в принципе любого проводного устройства, рассчитанного на зарядку от обычного порта USB. Число и тип портов 16 питания может меняться, исходя из области применения, в зависимости от числа и типа устройств, которые следует запитать от источника питания 10. Например, тип портов можно изменить так, чтобы предоставить возможность источнику питания обеспечивать энергией устройства, не совместимые со стандартом USB. В представленном варианте воплощения порты 16 питания расположены на торце корпуса, противоположном тому торцу, через который кабель питания 19 входит в корпус 12. Однако порты питания могут быть расположены в принципе в любом месте корпуса 12.

В рассматриваемом варианте воплощения беспроводной передатчик 14 энергии установлен в корпусе 12 и расположен под верхней поверхностью 24. Это позволяет располагать беспроводное устройство на корпусе 12 для беспроводного приема энергии. Хотя верхняя поверхность 24 корпуса 12 является плоской, в представленном варианте воплощения она может быть выполнена по форме заданных беспроводных устройств. Например, нижняя поверхность беспроводного устройства D и верхняя поверхность 24 корпуса 12 могут иметь такой рельеф, чтобы беспроводное устройство D прилегало к верхней поверхности 24 корпуса 12. Как отмечено выше, беспроводной передатчик 14 энергии этого варианта воплощения представляет собой первичную катушку 20. Размер, форма и конфигурация первичной катушки 20 могут меняться в зависимости от области применения. Например, диаметр первичной катушки 20, число витков катушки 20 и размер проволоки, используемой для изготовления катушки 20, могут меняться в зависимости от специфики области применения. При необходимости в корпусе 12 можно расположить магнит (не показан), например, в центре первичной катушки 20, чтобы содействовать соосному расположению первичной катушки 20 относительно вторичной катушки 22 беспроводного устройства. Магнит (не показан) может также содействовать поддержке беспроводного устройства в правильном положении на корпусе 12.

На фиг.4 показан альтернативный вариант воплощения источника питания 10, в котором один или более беспроводных передатчиков 14 энергии можно избирательно подключать к адаптеру 13. В этом варианте воплощения несколько портов 16 питания предусмотрены для питания проводных устройств, и несколько портов 18 беспроводного передатчика предусмотрены для избирательного подключения съемных беспроводных передатчиков 14 энергии. Как и в случае варианта воплощения по фиг.3, порты 16 питания могут быть обычными портами USB, в которые входят обычные штекеры USB и которые обеспечивают питание по существующим стандартам USB. Это предоставляет возможность источнику питания 10 обеспечивать питание в принципе любого проводного устройства, рассчитанного на зарядку от обычного порта USB. Хотя этот вариант воплощения включает порты 16 питания, в некоторых вариантах воплощения они могут быть исключены, и, таким образом, источник питания 10 конфигурируется только на беспроводное питание. Порты 18 беспроводного передатчика могут быть в принципе любым портом, рассчитанным на избирательный вход съемного беспроводного передатчика энергии. При необходимости число и тип портов 18 беспроводного передатчика могут меняться в зависимости от области применения.

Хотя конструктивное оформление и конфигурация съемных беспроводных передатчиков энергии могут меняться, описывается один вариант воплощения по фиг.6. Съемный беспроводной передатчик 14 энергии представленного варианта воплощения в общем включает штекер 28, соединительную секцию 30 и катушечный узел 32. Штекер 28 может быть в принципе любым штекером, рассчитанным на избирательное электрическое подключение съемного передатчика к сетевому адаптеру 13. Чтобы предотвратить ошибочное подключение, штекер 28 может отличаться от штекеров под порты 16 питания. В этом варианте воплощения соединительная секция 30 может включать гибкие проводники 34, которые тянутся между штекером 28 и первичной катушкой 20. Гибкие проводники 34 предоставляют возможность складывать беспроводной передатчик 14 энергии поверх сетевого адаптера для уменьшения размера, например, во время хранения (см. фиг.5). Гибкие проводники в принципе могут быть любой гибкой, складной или другой подвижной структурой для соединения штекера 28 с первичной катушкой 20. Например, гибкие проводники 34 могут быть просто двухпроводной линией или более сложной конструкцией из набора дорожек на печатной плате с гибкой подложкой. Соединительная секция 30 может быть залита в эластичный материал, который защищает соединительную секцию 30 и в то же время обеспечивает высокую гибкость.

Катушечный узел 32 представленного варианта воплощения, в общем, включает катушку 20, магнит 26 и отливку 36. В одном варианте воплощения катушка 20 представляет собой спиралевидную катушку из обмоточного литцендрата. Размер, форма и конфигурация первичной катушки 20 могут меняться в зависимости от области применения, отчасти в зависимости от напряжения питания, которое следует передать. Например, диаметр первичной катушки 20, число витков катушки 20 и размер проволоки, используемой для изготовления катушки 20, могут меняться в зависимости от специфики области применения. При необходимости катушечный узел 32 может включать магнит 26. Магнит 26 можно расположить у центра первичной катушки 20 для содействия соосному расположению первичной катушки 20 относительно вторичной катушки 22, расположенной в дистанционном устройстве. Магнит 26 может также содействовать удержанию катушечного узла 32 в сложенном положении при хранении (см. фиг.5). Катушечный узел 32 может быть залит для защиты и/или из эстетических соображений. Альтернативно катушечный узел 32 может быть помещен в принципе в любой подходящий корпус. Отливка или корпус 33 могут быть выполнены в соответствии с формой заданных беспроводных устройств. Это может содействовать обеспечению точной соосности между первичной катушкой 20 и вторичной катушкой 22 и удержанию беспроводного устройства D в установленном месте на поверхности катушечного узла 32.

Альтернативный съемный беспроводной передатчик 14 энергии показан на фиг.7. В этом варианте воплощения съемный беспроводной передатчик 14 энергии в принципе идентичен варианту воплощения, показанному на фиг.6, за исключением того, что он экранирован. Как показано, экран 38 расположен в катушечном узле 32 под катушкой 20. Экран 38, предоставляя возможность беспроводному устройству D, помещенному поверх излучателя 14, получать энергию, уменьшает электромагнитную интерференцию и другие проблемы, которые могут быть вызваны рассеянием электромагнитного поля. При необходимости размер, форма и конфигурация экрана могут меняться в зависимости от области применения. Например, экранирующий материал, его диаметр и толщина могут меняться, чтобы обеспечить заданный баланс между стоимостью и экранирующим действием.

В варианте воплощения, показанном на фиг.6 и 7, схема источника питания (не показана) включена в корпус 12. Альтернативно, части схемы источника питания могут быть включены в съемный беспроводной передатчик 14 энергии. Например, при необходимости, выпрямитель DC/DC, микроконтроллер, драйверы или коммутационные схемы могут быть встроены в съемный беспроводной передатчик 14 энергии вместо корпуса 12 сетевого адаптера 13. В одном варианте воплощения через порт передатчика можно подать напряжение с высоковольтной шины DC, выходящей от выпрямителя AC/DC, на беспроводной передатчик 14 энергии, а беспроводной передатчик энергии может включать в себя преобразователь DC/DC, микроконтроллер (со встроенным или отдельным драйвером) и коммутационную схему. Этот подход может внести большее разнообразие в характеристики источника питания, исходящее из съемных беспроводных передатчиков 14 энергии, так как каждый передатчик может быть лучше спроектирован из предназначенных компонентов схемы, чем на основе многоканальных компонентов.

На фиг.8 показан другой альтернативный вариант воплощения источника питания 10. В этом варианте воплощения источник питания 10 в общем включает встроенный беспроводной передатчик 14 энергии, несколько портов 18 беспроводного передатчика энергии для избирательного подключения беспроводных передатчиков 14 энергии и несколько портов 16 питания для питания проводных устройств. Встроенный беспроводной передатчик 14 энергии обеспечивает питание по меньшей мере одного беспроводного устройства без необходимости подключения съемного передатчика. Однако если необходимо дистанционно зарядить более одного беспроводного устройства, то к сетевому адаптеру 13 могут быть подключены дополнительные съемные передатчики. В этом варианте воплощения источник питания 10 может включать несколько различных портов 16 питания. Разные порты 16 питания могут обеспечить разные напряжения питания, чтобы обеспечить питание более широкого ассортимента проводных устройств. Чтобы облегчить правильное подключение проводных устройств, разные порты 16 питания могут иметь разную конфигурацию разъема для разных напряжений питания. Например, в представленном варианте воплощения порты 16 питания могут включать два обычных порта 40 USB, круглый порт 42 и трапецеидальный порт 44.

На фиг.9 показан источник питания 10 по фиг.8 с альтернативным съемным передатчиком 14, сконфигурированным для питания более крупных беспроводных устройств, таких как лэптоп L. В этом варианте воплощения съемный беспроводной передатчик 14 энергии в принципе идентичен съемному передатчику 14 по фиг.6, за исключением того, что он включает более длинную соединительную секцию 30 и большую опорную поверхность 31 корпуса катушечного узла 32. Опорная поверхность 31 этого варианта воплощения сконфигурирована так, чтобы обеспечить широкую опору для устройств, которые на меньшей опоре могли бы пошатываться. В этом варианте воплощения катушка 20 (вместе с магнитом или экраном, если таковые имеются) располагаются в относительно тонкой прямоугольной опорной поверхности 31. Опорная поверхность 31 может быть изготовлена заливкой катушки, или катушка 20 может быть помещена в полость предварительно изготовленной опорной поверхности. Хотя на фиг.9 показана одна первичная катушка 20, расположенная в центре опоры, число и расположение первичных катушек 20 может меняться в зависимости от области применения.

На фиг.10 представлена подходящая схема источника питания по фиг.3. Источник питания 10 включает выпрямитель AC/DC 60 для преобразования переменного напряжения сети в постоянное напряжение питания. Источник питания 10 также включает двухканальный преобразователь 62 DC/DC с шаговым понижением для преобразования выходного постоянного напряжения выпрямителя 60 до требуемого уровня. Двухканальный преобразователь 62 включает два дифференциальных выхода: один для порта 16 питания и один для беспроводного передатчика 14 энергии. В случаях, когда требуются дополнительные напряжения питания, преобразователь DC/DC с шаговым понижением может состоять из нескольких преобразователей с шаговым понижением или одного многоканального преобразователя DC/DC с шаговым понижением. Источник питания 10 также включает микроконтроллер 64 и схему коммутации 66. Микроконтроллер 64 запрограммирован на управление коммутационной схемой 66, чтобы получить соответствующее переменное питание для катушки 20. В этом варианте воплощения микроконтроллер 64 также управляет работой двухканального преобразователя 62. Например, микроконтроллер 64 может подать управляющие сигналы на двухканальный преобразователь 62, устанавливая уровень постоянного напряжения питания, подаваемого на коммутационную схему 66. Микроконтроллер 64 может определить соответствующий уровень постоянного напряжения питания по сигналам, полученным от беспроводного устройства. Эти сигналы могут быть переданы от беспроводного устройства к источнику питания 10 через вносимый импеданс или через отдельные системы связи, такие как отдельная трансформаторная связь, ИК, WiFi, Bluetooth или другие коммуникационные схемы. В микроконтроллере 64 может быть в принципе реализован любой из большого разнообразия алгоритмов для управления индуктивным источником питания. В некоторых вариантах воплощения микроконтроллер 64 может изменить один или более параметров питания, поданного на катушку 20, исходя из ответной реакции портативного устройства D. Например, микроконтроллер 64 может корректировать: резонансную частоту контура (т.е. комбинацию параметров катушки и конденсатора), рабочую частоту коммутационной схемы 66, напряжение шины, приложенное к катушке 20, или длительность подачи напряжения питания на катушку 20 с тем, чтобы воздействовать на эффективность или уровень напряжения питания, индуктивно передаваемого портативному устройству D. Известно большое разнообразие способов и устройств для управления работой индуктивных источников питания.

Например, микроконтроллер может быть запрограммирован на работу:

по одному из алгоритмов, описанных в патенте США 6,825,620 «Inductively Coupled Ballast Circuit», выданном Kuennen и др. 30 ноября 2004 г.;

в адаптивном индуктивном источнике питания, описанном в патенте США 7,212,414 «Adaptive Inductive Power Supply», выданном Baarman 1 мая 2007 г.;

в индуктивном источнике питания с передачей информации, описанном в патентной заявке США, номер 10/689,148 «Adaptive Inductive Power Supply with Communication», поданной Baarman 20 октября 2003 г.;

в индуктивном источнике питания для беспроводного заряда литий-ионных аккумуляторов, описанном в патентной заявке США, номер 11/855,710 «System and Method for Charging а Battery», поданной Baarman 14 сентября 2007 г.;

в индуктивном источнике питания с идентификацией устройства, описанном в патентной заявке США, с номер 11/965,085 «Inductive Power Supply with Device Identification», поданной Baarman и др. 27 декабря 2007 г.;

в индуктивном источнике питания с управлением коэффициента заполнения, описанном в патентной заявке США, номер 61/019,411 «Inductive Power Supply with Duty Cycle Control», поданной Baarman 7 января 2008 г., - которые включены сюда посредством ссылки в полном объеме.

Хотя на схеме показан только один порт 16 питания, количество портов 16 питания можно увеличить до требуемого числа. Например, в случае внедрения источника питания 10 по фиг.3, источник питания 10 может включать четыре порта 16 питания.

С целью раскрытия предмета изобретения на фиг.10 также показано беспроводное электронное устройство D, расположенное рядом с сетевым адаптером 13. Беспроводное электронное устройство D, в общем, включает беспроводной приемник 80 энергии, выпрямитель AC/DC 70, микроконтроллер 74, аккумулятор 76 и нагрузку 78. Беспроводной приемник 80 энергии этого варианта воплощения может представлять собой вторичную катушку 22. Вторичная катушка 22 сконфигурирована на индуктивный прием энергии от первичной катушки 20 источника питания 10. В представленном варианте воплощения вторичная катушка 20 представляет собой катушку проволоки с секционной спиралевидной обмоткой. Размер, форма и конфигурация вторичной катушки 22 могут быть выбраны в соответствии с первичной катушкой 20. Хотя беспроводной приемник 80 энергии этого варианта воплощения представляет собой катушку, беспроводное устройство может включать другие варианты беспроводных приемников энергии. Вторичная катушка 22 электрически связана с выпрямителем AC/DC 70. Переменное напряжение питания, образованное во вторичной катушке 22, поступает в выпрямитель AC/DC 70, где преобразуется в постоянное напряжение питания. Выпрямитель 70 может быть сконфигурирован на изменение постоянного напряжения питания до соответствующего уровня или микроконтроллер 74 может включать преобразователь DC/DC для корректировки выходного напряжения выпрямителя 70 перед подачей на аккумулятор 76 или нагрузку 78. Во вторичном микроконтроллере 74 может быть в принципе реализован любой из большого разнообразия алгоритмов для управления индуктивным источником питания. В некоторых вариантах воплощения вторичный микроконтроллер 74 может передавать информацию первичному микроконтроллеру 64, предоставляя последнему возможность изменять один или более параметров питания, поданного на катушку 20. Например, вторичный микроконтроллер 74 может передавать сигналы, содержащие информацию о напряжении питания, полученную от первичной катушки 20, или информацию о том, большее или меньшее напряжение питания требуется. Известно большое разнообразие способов и устройств для управления работой индуктивных источников питания. Например, микроконтроллер может быть запрограммирован на работу:

в индуктивном источнике питания для беспроводного заряда литий-ионных аккумуляторов, описанном в патентной заявке США, номер 11/855,710 «System and Method for Charging a Battery», поданной Baarman 14 сентября 2007 г.;

в индуктивном источнике питания с идентификацией устройства, описанном в патентной заявке США, номер 11/965,085 «Inductive Power Supply with Device Identification», поданной Baarman и др. 27 декабря 2007 г.;

Схема может варьироваться в зависимости от области применения, чтобы обеспечить энергией заданное число беспроводных передатчиков энергии и порты питания. Например, на фиг.11 показана альтернативная схема, в которой источник питания 10 включает один порт 16 питания и пару встроенных беспроводных передатчиков 14 энергии. В этом варианте воплощения источник питания 10 включает многоканальный преобразователь DC/DC с шаговым понижением 92, который в состоянии обеспечить несколько дифференциальных выходов постоянного питания. В представленном варианте воплощения многоканальный преобразователь 92 способен обеспечить три дифференциальных выхода постоянного напряжения: один для гнезда питания, один для первой первичной катушки и один для второй первичной катушки. В этом варианте воплощения микроконтроллер 94 управляет работой коммутационных схем 96 и может также управлять непосредственно многоканальным преобразователем 92, чтобы индивидуально установить уровень постоянного напряжения питания по сигналам беспроводного устройства. Например, если беспроводному устройству необходимо более высокое напряжение питания, он может подать соответствующий сигнал на микроконтроллер 94, а микроконтроллер 94 может воздействовать на многоканальный преобразователь 92, чтобы увеличить постоянное напряжение питания, подаваемое на соответствующую коммутационную схему 96. С другой стороны, если требуется более низкое напряжение питания, то беспроводное устройство может подать соответствующий сигнал на микроконтроллер 94, а микроконтроллер 94 может воздействовать на многоканальный преобразователь 92, чтобы уменьшить постоянное напряжение питания, подаваемое на соответствующую коммутационную схему 96.

На фиг.12 показана функциональная схема источника питания по фиг.8. В этом варианте воплощения источник питания 10 подает питание на один встроенный беспроводной передатчик 14 энергии, четыре порта 16 питания и четыре порта 18 беспроводного передатчика энергии. Как и в ранее описанных вариантах воплощения, схема включает в себя выпрямитель AC/DC 60 для преобразования переменного напряжения питания, полученного от сети, в постоянное напряжение питания, многоканальный преобразователь DC/DC с шаговым понижением 100 для преобразования постоянного выходного напряжения выпрямителя AC/DC 60 в несколько выходных постоянных напряжений, микроконтроллер 98 для управления работой источника питания 10, несколько коммутационных схем 104 для управления подачей напряжения питания на встроенные и съемные передатчики 14 и несколько драйверов 102 для управления временем переключения коммутационных схем 104. Микроконтроллер 98 запрограммирован на управление как преобразователем DC/DC, так и драйверами 102. Что касается преобразователя DC/DC, то микроконтроллер 98 может подавать управляющие сигналы на преобразователь DC/DC 100, чтобы индивидуально задавать уровни постоянного напряжения питания симметричных выходов для портов 16 питания и/или беспроводных передатчиков 14 энергии. С такой функциональностью микроконтроллер 98 может индивидуально корректировать выходное постоянное напряжение портов 16 питания для обеспечения широкого спектра проводных электронных устройств. Постоянные выходные напряжения для беспроводных передатчиков 14 энергии зависят от напряжения шины коммутационных схем 104. Соответственно, микроконтроллер 98 может индивидуально корректировать питание беспроводных передатчиков 14 энергии путем индивидуальной корректировки выходных постоянных напряжений, подаваемых на беспроводные передатчики 14 энергии. В областях применения, где такая функциональность не требуется, выходные напряжения преобразователя DC/DC, подаваемые на порты 16 питания и беспроводные передатчики 14 энергии, могут быть фиксированными. По отношению к драйверам 102, микроконтроллер 98 может корректировать время переключения драйверов 102 для регулировки времени переключения коммутационных схем 104. Это, в свою очередь, может использоваться для корректировки рабочей частоты и/или продолжительности включения питания, подаваемого на беспроводные передатчики 14 энергии. Как отмечено выше, микроконтроллер 98 может управлять работой беспроводных передатчиков 14 энергии по самым разнообразным управляющим схемам. Например, микроконтроллер 98 может корректировать напряжение на шине питания, приложенное к первичной катушке 20, рабочую частоту беспроводных передатчиков энергии или продолжительность подачи предназначенного постоянного напряжения питания, на основе информации о напряжении питания, необходимом беспроводному устройству, и/или коэффициенте индуктивной связи с беспроводным устройством. В качестве другого примера, каждый беспроводной передатчик 14 энергии может быть включен в резонансный контур (т.е. в часть схемы, содержащей катушку 20 и резонансный конденсатор 21, который может быть расположен в сетевом адаптере 13, в одном из штекеров катушечных модулей или в одном из беспроводных передатчиков 14 энергии), а микроконтроллер может быть сконфигурирован на коррекцию резонансной частоты контура, чтобы последний работал эффективно в широком диапазоне рабочих частот. Микроконтроллер может корректировать резонансную частоту контура путем изменения индуктивности и/или емкости резонансного контура. Индуктивность можно корректировать, используя катушку переменной индуктивности или магазин катушек индуктивности, который может подключаться к резонансному контуру или отключаться от него. Аналогично, емкость можно корректировать, используя конденсатор переменной емкости или магазин конденсаторов, который может подключаться к резонансному контуру или отключаться от него.

Вторым объектом настоящего изобретения является источник питания 510, который можно использовать, чтобы придать источнику беспроводного питания разные конфигурации. В данном варианте воплощения, показанном на фиг.13 и 14, источник питания 510 включает в себя два передатчика 514, расположенных в разных секциях 512 сетевого адаптера 513. Две секции 512 соединены друг с другом по всей длине шарнира 517 так, чтобы они могли поворачиваться для изменения положения и ориентации двух передатчиков питания по отношению друг к другу. На фиг.13 показан сетевой адаптер 13, разворачивающийся в плоскую конфигурацию, которая создает две расположенные рядом заряжающие области. На фиг.14 показано, как два беспроводных устройства D можно поместить на двух расположенных рядом передатчиках 514 питания. В этом варианте воплощения сетевой адаптер 513 включает в себя две корпусные секции 512. Схема источника питания может быть включена в одну или обе корпусные секции. В одном варианте воплощения предусмотрена одна многоканальная схема для питания обоих передатчиков. В другом варианте воплощения предусмотрены отдельные схемы источника питания для каждого передатчика. Шарнир 517 сконфигурирован так, чтобы предоставить возможность провести электрические проводники от одной корпусной секции 512 к другой. Например, основная часть схемы источника питания может быть расположена в одной корпусной секции 512, а электрические проводники, пропущенные через шарнир 517, могут запитать первичную катушку 20 во второй корпусной секции 512.

На фиг.15 показан первый альтернативный вариант воплощения второго объекта настоящего изобретения. В этом варианте воплощения источник питания 510 включает в себя две секции, которые соединены вместе поворотным механизмом. В каждой секции 512 расположен отдельный передатчик 514. Две секции 512 могут поворачиваться в разные положения, чтобы изменить положение и ориентацию двух беспроводных передатчиков 514 энергии. Например, фиг.16 включает серию иллюстраций, которая показывает одну из двух секций, поворачивающуюся относительно другой, пока один передатчик 514 не повернется на 180 градусов. В начальном положении источник питания 510 можно использовать как источник беспроводного питания для двух смежных беспроводных устройств, расположенных поверх сетевого адаптера 513. В повернутом положении, источник питания 510 можно использовать как источник беспроводного питания для двух беспроводных устройств, расположенных по обе стороны от сетевого адаптера 513. Для соединения двух секций 512 можно использовать самые разные соединения. Например, в одном варианте воплощения соединение может быть в общем цилиндрическим и может включать центральный канал для прокладки проводов из одной секции в другую. В альтернативном варианте воплощения соединитель 520 может создать такое электрическое соединение между двумя секциями 512, какое представлено на фиг.17. Как и в варианте воплощения по фиг.14, схема источника питания может быть включена в одну или обе корпусные секции, и для питания беспроводных передатчиков энергии можно использовать одну многоканальную схему источника питания или отдельные независимые схемы.

На фиг.18А-Е показаны различные схемы зарядки при использовании источника питания 10 по фиг.15. На фиг.18А показано одно беспроводное устройство D, которое расположено поверх и питается от одной из двух катушек 522. На фиг.18В показаны два беспроводных устройства D, каждое из которых расположено поверх и питается от отдельной катушки 522. На фиг.18С показано одно беспроводное устройство D, расположенное сверху, которое питается от обеих катушек 522. В этом варианте воплощения беспроводное устройство D включает две вторичные катушки 524 так, что устройство D может одновременно питаться от двух первичных катушек 522. На фиг.18D и 18Е показан источник питания 10 с двумя катушками 522 на противоположных сторонах сетевого адаптера 513. На фиг.18D отдельные беспроводные устройства D расположены на противоположных сторонах сетевого адаптера 513 для питания от противоположных катушек 522. На фиг.18Е сетевой адаптер 513 помещен на поверхность 526, рассчитанную на беспроводное питание. В этом варианте воплощения беспроводное устройство D может быть расположено поверх и запитываться от катушки, направленной вверх, в то время как катушка 522, направленная вниз, питает вторичную катушку, смонтированную на поверхности 526.

Другое возможное применение источника питания 10 по фиг.15 показано на фиг.19 и 20. В этом варианте воплощения лэптоп L включает выемку 528 для источника питания, сконфигурированную для сопряжения с крайней секцией сетевого адаптера 513. Как показано на фиг.20, выемка 528 для источника питания может быть сделана такого размера и такой формы, чтобы она плотно прилегала к крайней секции 512. В этом варианте воплощения внутренняя секция 512 может поддерживать беспроводное устройство D и обеспечивать его питание.

На фиг.21 показана док-станция С для беспроводного компьютера, сконфигурированная на сопряжение с источником беспроводного питания 510 по фиг.15. В этом варианте воплощения опорная поверхность под компьютер образует канал 530, рассчитанный на сопряжение с сетевым адаптером 513. Канал 530 может быть длиннее адаптера 513 с целью предоставления возможности скольжения адаптера 513 вдоль канала для изменения положения катушки 522 под лэптопом L. В этом варианте воплощения лэптоп L может включать две вторичные катушки (не показаны), чтобы обеспечить питание от обеих катушек 522. Альтернативно, сетевой адаптер 13 можно расположить так, чтобы одна катушка располагалась под лэптопом L, а вторая выдвигалась за пределы лэптопа L для обеспечения возможности питания другого беспроводного устройства (не показано).

На фиг.22 показана компьютерная сумка В, предусмотренная для размещения источника беспроводного питания 10 по фиг.15. В этом варианте воплощения компьютерная сумка В включает среднюю перегородку 532 с карманом 534 для сетевого адаптера 513. Источник питания 510 можно сконфигурировать так, чтобы первичные катушки были обращены в одну или разные стороны. В действующем варианте воплощения карман 534 расположен так, чтобы удержать сетевой адаптер в положении, при котором возможно питание лэптопа L, расположенного с одной стороны перегородки 532, и беспроводного устройства В, расположенного с другой стороны перегородки 532. В альтернативных вариантах воплощения карман может быть размещен в другом месте сумки. Например, карман может быть расположен горизонтально или в одной из стенок сумки. В этом случае среднюю перегородку сумки можно исключить.

На фиг.23 показан альтернативный источник питания 510, в котором несколько беспроводных передатчиков 514 энергии можно соединить в один источник питания. В этом варианте воплощения основная схема источника питания 510 находится в сетевом адаптере 513. Беспроводные передатчики 514 энергии размещены в модулях 514, которые, по желанию, можно добавлять к сетевому адаптеру 513. Например, как показано на фиг.23, каждый модуль 513 может включать штырь 520 соединителя и одно или несколько гнезд соединителя (не показаны). Штыри и гнезда соединителя могут располагаться где угодно. Например, каждый модуль 514 может включать штырь 520, выступающий из середины одной стороны, и три гнезда, расположенные по центру трех других сторон. В этом варианте воплощения штырь 520 предоставляет возможность подключения модуля 514 к сетевому адаптеру 513 или к другому модулю 514. Модули 514 можно объединить в гирляндную цепь и получить почти любую конфигурацию первичных катушек. Хотя для объединения модулей 514 можно применить самые разные соединители, на фиг.17 показан один из возможных штырей соединителя для объединения смежных модулей. В этом варианте воплощения соединитель 514 является двухпроводным соединителем, в котором верхний контакт 540 и нижний контакт 542 разделены изолятором 544. Хотя это и не показано, но гнездо соединителя включает два контакта, которые избирательно касаются верхнего контакта 540 и нижнего контакта 542. Для соединения штыря с гнездом можно использовать соединение с защелкой типа подпружиненной втулки. Втулка сконфигурирована на плотное вхождение в канавку вокруг изолятора, когда штырь соединителя введен соответствующим образом в гнездо соединителя. Втулка может быть изготовлена из непроводящего материала, чтобы исключить короткое замыкание между верхним контактом и нижним.

Другой вариант воплощения источника питания по второму объекту настоящего изобретения показан на фиг.24 и 25. В этом варианте воплощения источник питания 510 включает сетевой адаптер 513 с несколькими складывающимися «руками», которые удерживают беспроводные передатчики 514 энергии. Как показано, сетевой адаптер 513 может включать центральную секцию 515, которая содержит основу схемы источника питания (не показана). Четыре складывающиеся секции 512 могут быть шарнирно связаны с центральной секцией 515 при помощи шарниров 550. В этом варианте воплощения две складывающиеся секции 512 можно сложить поверх верхней поверхности центральной секции 515, а две складывающиеся секции 552 можно сложить под нижнюю поверхность центральной секции (см. фиг.25). В представленном варианте воплощения отдельный беспроводной передатчик 514 энергии (т.е. первичная катушка) расположена в каждой складывающейся секции 512. Складывающиеся секции 512 можно раскрыть для получения относительно большой заряжающей конструкции или сложить для компактного хранения.

На фиг.26 и 27 показан другой вариант воплощения источника питания по второму объекту настоящего изобретения. В этом варианте воплощения источник питания 510 включает сетевой адаптер 513 с несколькими складывающимися «руками», которые удерживают беспроводные передатчики 514 энергии. Как показано, сетевой адаптер 513 может включать центральную секцию 515, которая содержит основу схемы источника питания (не показана). Три катушечных узла 562 можно связать с центральной секцией 515 при помощи соединительной секции 564. Все три катушечных узла 562 можно сложить поверх центральной секции 515 в стековую конфигурацию (см. фиг.27, на которой показаны две из трех катушечных узлов, сложенных поверх центральной секции 515). При необходимости в каждый катушечный узел 562 может быть помещен магнит (не показан). Магнит может облегчить центровку катушек, когда беспроводное устройство помещено поверх катушечного узла. Кроме того, магнит может облегчить удержание катушечных узлов 562 в сложенном состоянии. Катушечные узлы 562 могут быть гибко связаны с центральной секцией или разъемно связаны при помощи штекеров и портов, как указано в ранее описанных вариантах воплощения.

На фиг.29 и 30 показан другой вариант воплощения источника питания по второму объекту настоящего изобретения. В этом варианте воплощения источник питания 510 включает в себя сетевой адаптер 513 с тонкой платой, которая выдвигается под лэптоп L. Тонкая плата 600 содержит катушку 20. В одном варианте воплощения катушка 20 является спиралевидной катушкой из литцендрата. Размер, форма и конфигурация катушки 20 могут изменяться в зависимости от области применения под влиянием, в частности, напряжения питания, которое следует передать. Например, в зависимости от специфики применения могут меняться диаметр катушки 20, число витков катушки 20 и размер провода, примененного для намотки катушки 20. При необходимости в плату 600 может быть включен магнит 26. В плату может быть включена, в принципе, любая часть схемы или вся схема источника питания. Альтернативно, часть схемы или вся схема источника питания может быть включена в сетевой адаптер 513, за исключением катушки 20. В одном варианте воплощения катушечный узел, как описано в предыдущих вариантах воплощения, включается в плату, а схема источника питания включается в сетевой адаптер. Рельеф платы 600 может быть выполнен в соответствии с формой заданного беспроводного устройства. В действующем варианте воплощения плата представляет собой тонкую структуру, способную разместиться в выемке под лэптопом L. Это может способствовать обеспечению точного центрирования первичной катушки 20 относительно вторичной катушки 22 и удержанию лэптопа L на катушке 20. Плата может быть сделана выдвигаемой из сетевого адаптера 513, чтобы когда катушка находится в нерабочем состоянии, то плату можно было бы перевести в убранное положение. В некоторых вариантах воплощения плата может быть защелкнута в убранном положении. В этом положении сетевой адаптер 513 настоящего варианта воплощения похож на сетевой адаптер варианта воплощения по фиг.3. Хотя это и не представлено, но в альтернативных вариантах воплощения в сетевой адаптер могут быть включены соединители проводного питания. Когда плата выдвигается или убирается, то между сетевым адаптером и схемой питания на плате может сохраняться электрический контакт. Например, провод может быть достаточно длинным, чтобы при выдвижении платы сохранялся контакт между катушкой или схемой источника питания, расположенной на плате, и схемой источника питания, расположенной в сетевом адаптере. В одном варианте воплощения сам кабель питания имеет достаточную длину, чтобы сохранялся электрический контакт непосредственно со схемой источника питания, расположенной на плате.

На фиг.31 и 32 показан еще один вариант воплощения источника питания по второму объекту настоящего изобретения. В этом варианте воплощения источник питания 510 включает в себя сетевой адаптер 513 с тонкой платой 602, которая поворачивается или раскрывается веером в рабочее положение. Также как и в варианте с убирающейся платой, плата 602 включает в себя катушку 20. В одном варианте воплощения катушка 20 является спиралевидной катушкой из литцендрата. Размер, форма и конфигурация катушки 20 могут изменяться в зависимости от области применения под влиянием, в частности, напряжения питания, которое следует передать. Например, в зависимости от специфики применения могут меняться диаметр катушки 20, число витков катушки 20 и размер провода, примененного для намотки катушки 20. При необходимости в плату 602 может быть включен магнит 26. Рельеф платы 600 может быть выполнен в соответствии с формой заданного беспроводного устройства. В действующем варианте воплощения плата представляет собой тонкую структуру, способную разместиться в выемке под лэптопом L. Плату можно избирательно поворачивать в разные положения. В одном положении плата может быть защелкнута, причем в этом, исходном положении конфигурация сетевого адаптера 513 настоящего варианта воплощения похожа на конфигурацию варианта воплощения по фиг.3. Хотя это и не представлено, но в альтернативных вариантах воплощения в сетевой адаптер могут быть включены соединители проводного питания. Как и в случае убираемого варианта воплощения, возможен любой способ размещения схемы источника питания: на плате и/или в адаптере. Более того, когда плата выдвигается или убирается, то электрический контакт между сетевым адаптером и схемой питания, расположенной на плате, может сохраняться. Например, провод между платой и сетевым адаптером может быть достаточно длинным, чтобы при выдвижении платы сохранялся контакт между катушкой или схемой источника питания, расположенной на плате, и схемой источника питания, расположенной в сетевом адаптере. В одном варианте воплощения сам кабель питания имеет достаточную длину, чтобы сохранялся электрический контакт непосредственно со схемой источника питания, расположенной на плате.

Схема источника питания 10 может изменяться в зависимости от области применения. Специалистам в данной области техники известно большое разнообразие схем и компонентов схем, подходящих для беспроводной передачи энергии от источника питания до беспроводного устройства D. С целью раскрытия предмета изобретения, а не в порядке ограничения, одна подходящая схема описана по фиг.28. На фиг.28 представлена схема источника питания для беспроводного обеспечения энергией двух беспроводных передатчиков 14 энергии. В этом варианте воплощения беспроводные передатчики энергии представляют собой первичные катушки 20, сконфигурированные для генерации электромагнитного поля в соответствии с областью применения различных источников питания. Схема источника питания в общем включает выпрямитель AC/DC 60 для преобразования переменного напряжения сети в постоянное напряжение питания. Источник питания 10 также включает двухканальный преобразователь DC/DC с шаговым понижением 65 для изменения выходного постоянного напряжения выпрямителя AC/DC 60 до необходимой величины. Двухканальный преобразователь 62 DC/DC предназначен для обеспечения двух выходов постоянного тока с разными напряжениями питания. Источник питания 10 также включает двойной микроконтроллер 94 и пару коммутационных схем 96. В двойном микроконтроллере 94 предусмотрена возможность раздельного управления каждой парой коммутационных схем 96 для того, чтобы напряжение, подаваемое двумя первичными катушками 20, можно было независимо настраивать на соответствующее беспроводное устройство D. Двойной микроконтроллер 94 запрограммирован на подачу сигналов на двухканальный преобразователь DC/DC, чтобы установить уровень постоянного напряжения питания на выходах преобразователя.

Двойной микроконтроллер также запрограммирован на управление двумя коммутационными схемами 96, чтобы генерировать соответствующие переменные напряжения для подачи на две катушки 20. Например, двойной микроконтроллер может управлять временем переключения, чтобы изменить рабочую частоту и/или коэффициент заполнения сигналов, подаваемых на две катушки. Как и в случае ранее описанного варианта воплощения схемы источника питания, в двойном микроконтроллере 94 этого варианта воплощения можно в принципе реализовать любой из большого разнообразия алгоритмов управления индуктивным источником питания. В некоторых вариантах воплощения двойной микроконтроллер 94 может изменить один или более параметров питания, подаваемого на катушку 20, исходя из ответной реакции соответствующего портативного устройства D. Например, двойной микроконтроллер 94 может корректировать резонансную частоту, рабочую частоту, напряжение шины или длительность (его) подачи, чтобы воздействовать на эффективность или напряжение питания, индуктивно передаваемого соответствующему портативному устройству D. Известно большое разнообразие способов и устройств для управления работой индуктивного источника питания. Например, микроконтроллер может быть запрограммирован на работу:

Хотя на схеме показан только один порт 16 питания, но количество портов 16 питания можно увеличить до требуемого числа. Например, в случае внедрения источника питания 10 по фиг.3 источник питания 10 может включать четыре порта 16 питания.

С целью раскрытия предмета изобретения на фиг.10 также показано беспроводное электронное устройство D, расположенное рядом с сетевым адаптером 13. Беспроводное электронное устройство D в общем включает беспроводной приемник 80 энергии, выпрямитель 70, микроконтроллер 74, аккумулятор 76 и нагрузку 78. Беспроводной приемник 80 энергии этого варианта воплощения может представлять собой вторичную катушку 22. Вторичная катушка 22 сконфигурирована на индуктивный прием энергии от первичной катушки 20 источника питания 10. В представленном варианте воплощения вторичная катушка 20 представляет собой катушку проволоки с секционной спиралевидной обмоткой. Размер, форма и конфигурация вторичной катушки 22 могут быть выбраны в соответствии с первичной катушкой 20. Хотя беспроводной приемник энергии 80 этого варианта воплощения представляет собой катушку, беспроводное устройство может включать другие формы беспроводных приемников энергии. Вторичная катушка 22 электрически связана с выпрямителем 70. Переменное напряжение, образованное во вторичной катушке 22, поступает в выпрямитель 70, где преобразуется в постоянное напряжение питания. Выпрямитель 70 может быть сконфигурирован на изменение постоянного напряжения до соответствующего уровня или микроконтроллер 74 может включать преобразователь DC/DC для корректировки выходного напряжения выпрямителя 70 перед подачей на аккумулятор 76 или нагрузку 78. Во вторичном микроконтроллере 74 может быть в принципе реализован любой из большого разнообразия алгоритмов для управления индуктивным источником питания. В некоторых вариантах воплощения вторичный микроконтроллер 74 может передавать информацию первичному микроконтроллеру 64, предоставляя последнему возможность изменять один или более параметров питания, подаваемого на катушку 20. Например, вторичный микроконтроллер 74 может передавать сигналы, содержащие информацию о напряжении питания, получаемом от первичной катушки 20, или информацию о том, большее или меньшее напряжение питания требуется. Известно большое разнообразие способов и устройств для управления работой индуктивных источников питания. Например, двойной микроконтроллер может быть запрограммирован на работу:

по одному из алгоритмов, описанных в патенте США 6825620 «Inductively Coupled Ballast Circuit», выданном Kuennen и др. 30 ноября 2004 г.;

в адаптивном индуктивном источнике питания, описанном в патенте США 7212414 «Adaptive Inductive Power Supply», выданном Baarman 1 мая 2007 г.;

в индуктивном источнике питания с передачей информации, описанном в патентной заявке США, серийный номер 10/689148 «Adaptive Inductive Power Supply with Communication», поданной Baarman 20 октября 2003 г.;

в индуктивном источнике питания для беспроводного заряда литий-ионных аккумуляторов, описанном в патентной заявке США, серийный номер 11/855710 «System and Method for Charging a Battery», поданной Baarman 14 сентября 2007 г.;

в индуктивном источнике питания с идентификацией устройства, описанном в патентной заявке США, серийный номер 11/965085 «Inductive Power Supply with Device Identification», поданной Baarman и др. 27 декабря 2007 г.;

в индуктивном источнике питания с управлением коэффициента заполнения, описанном в патентной заявке США, серийный номер 61/019411 «Inductive Power Supply with Duty Cycle Control», поданной Baarman 7 января 2008 г., - которые включены сюда посредством ссылки в полном объеме.

Хотя вариант воплощения по фиг.28 включает двойной микроконтроллер, двойной микроконтроллер может быть заменен на отдельные микроконтроллеры: по одному для каждого беспроводного передатчика энергии.

На фиг.28 также схематично представлена схема из пары беспроводных электронных устройств D. Как показано, каждое устройство D расположено рядом с отдельной катушкой 20. В этом варианте воплощения схемы двух устройств D в принципе одинаковы. Соответственно, только одно из них будет описано подробно. Беспроводное электронное устройство D в общем включает беспроводной приемник энергии 22, выпрямитель 70, микроконтроллер 74, аккумулятор 76 и нагрузку 78. Беспроводной приемник энергии 22 этого варианта воплощения может представлять собой вторичную катушку 22. Вторичная катушка 22 сконфигурирована на индуктивный прием энергии от первичной катушки 20 источника питания 10. Размер, форма и конфигурация вторичной катушки 22 могут быть выбраны в соответствии с характеристиками первичной катушки 20. Хотя беспроводной приемник энергии 22 этого варианта воплощения представляет собой катушку, беспроводное устройство может включать другие формы беспроводных приемников энергии. Вторичная катушка 22 электрически связана с выпрямителем 70. Переменное напряжение, образованное во вторичной катушке 22, поступает в выпрямитель 70, где преобразуется в постоянное напряжение. Выпрямитель 70 может быть сконфигурирован на изменение постоянного напряжения до соответствующего уровня или микроконтроллер 74 может включать преобразователь DC/DC для корректировки выходного напряжения выпрямителя 70 перед подачей на аккумулятор 76 или нагрузку 78. Во вторичном микроконтроллере 74 может быть в принципе реализован любой из большого разнообразия алгоритмов для управления индуктивным источником питания. В некоторых вариантах воплощения вторичный микроконтроллер 74 может передавать информацию первичному микроконтроллеру 94, предоставляя последнему возможность изменять один или более параметров напряжения, подаваемого на катушку 20. Например, вторичный микроконтроллер 74 может передавать сигналы, указывающие на уровень напряжения, получаемого от первичной катушки 20, или на то, большее или меньшее напряжение требуется. Известно большое разнообразие способов и устройств для управления работой индуктивных источников питания. Например, микроконтроллер может быть запрограммирован на работу:

Хотя это не показано, источники питания по второму объекту настоящего изобретения могут включать порты питания проводных электронных устройств WD. Например, источники питания по фиг.13-27 могут быть изменены для установки портов питания. Количество, расположение и спецификации портов питания могут изменяться в зависимости от области применения.

На фиг.33 представлен один вариант воплощения многовходового источника беспроводного питания 10. Представленный вариант воплощения включает схему 61 выпрямителя AC/DC, рассчитанную на первое или второе входные напряжения. В альтернативных вариантах воплощения схема 61 выпрямителя AC/DC может быть рассчитана на дополнительные входные напряжения. Входные напряжения могут быть напряжениями постоянного тока или переменного тока. Входные напряжения могут иметь несколько разных значений. Например, в представленном варианте воплощения выпрямитель AC/DC может быть рассчитан на 110 В переменного тока или 220 В переменного тока. В альтернативных вариантах воплощения выпрямитель AC/DC может быть рассчитан на 110 В переменного тока, 220 В переменного тока, 19 В постоянного тока или 5 В постоянного тока. Выпрямитель AC/DC создает выпрямленное выходное напряжение. Когда подается напряжение постоянного тока, то выпрямитель практически не воздействует на сигнал, но выпрямленное выходное напряжение все же обеспечивается.

В дополнение к выпрямителю AC/DC 61 в действующем варианте воплощения для питания микроконтроллера используется маломощный преобразователь DC/DC с шаговым понижением 63. Преобразователь DC/DC с шаговым понижением выбирается малого размера, потому что для питания микроконтроллера требуется малая мощность, обычно всего несколько микроватт. Вполне возможно в некоторых вариантах воплощения исключить преобразователь DC/DC, если для питания схемы не требуется маленький источник питания, например, если микроконтроллер запитан от батарейки или если схема выполнена на аналоговых компонентах вместо микроконтроллера.

Многовходовой источник беспроводного питания также включает датчик для определения того, какое входное напряжение - первое или второе - подано на этот источник. В действующем варианте воплощения датчик включен в схему выпрямителя AC/DC. В альтернативном проекте датчик может быть отдельным компонентом или может быть встроен в микроконтроллер или другой компонент. В вариантах воплощения с более чем двумя входными напряжениями датчик может быть предназначен для определения того, какое из нескольких разных входных напряжений подключено. В действующем варианте воплощения датчик является датчиком напряжения, но в альтернативных вариантах может применяться датчик тока или другой тип датчика, предназначенный для надежного определения того, какой источник напряжения подключен к источнику беспроводного питания. В действующем варианте воплощения в схеме выпрямителя AC/DC распознается выпрямленное напряжение, а в альтернативных вариантах воплощения может распознаваться напряжение до выпрямления, при этом, конечно, необходимо внести соответствующие изменения в программу контроллера.

Многовходовой источник беспроводного питания также включает несколько коммутационных схем 96, 97, каждая из которых соединена с выходом выпрямителя AC/DC. Таким образом, выход схемы выпрямителя 61 соединен непосредственно с коммутационной схемой 96, 97, минуя первый пониженный уровень преобразователя с шаговым понижением. В действующем варианте воплощения коммутационные схемы рассчитаны независимо от того, какое из входных напряжений - первое или второе - выше. В вариантах воплощения с более чем двумя входными напряжениями коммутационные схемы могут быть рассчитаны на самое высокое напряжение. В системах с несколькими входными напряжениями вместо того, чтобы рассчитывать все переключатели на самое высокое входное напряжение, можно один переключатель рассчитать на самое высокое входное напряжение, а дополнительные коммутационные схемы, какие только могут находиться на электрическом пути, рассчитать, если только микроконтроллер определит, что входное напряжение ниже расчетного значения для данной коммутационной схемы.

Настоящий вариант воплощения многовходового источника беспроводного питания также включает два резонансных контура или беспроводных передатчика 14, 15 энергии. Другие варианты воплощения могут включать дополнительные резонансные контуры. Каждый резонансный контур рассчитан на обеспечение беспроводного питания дистанционного устройства, причем компоненты резонансного контура выбраны по меньшей мере в зависимости от уровня постоянного напряжения, которое подается на коммутирующую схему, связанную с данным резонансным контуром. Например, если на резонансный контур необходимо подать 165 В постоянного тока (что соответствует 110 В переменного тока после выпрямления), то параметры катушки 20 индуктивности и конденсатора 21 резонансного контура 14 выбираются такими, при которых на дистанционное устройство, расположенное в непосредственной близости от резонансного контура, будет передаваться соответствующее напряжение питания. Для разных входных напряжений применяются разные компоненты резонансного контура. Таким образом, компоненты резонансного контура для разных входных напряжений, таких как 19 В постоянного тока, 5 В постоянного тока или 308 В постоянного тока (220 В переменного тока после выпрямления), избирательно выбраны или скомпонованы для того, чтобы обеспечить заданное напряжение питания для дистанционного устройства. В действующем варианте воплощения первый резонансный контур 14 подключен к одной из множества коммутационных схем 96. Второй резонансный контур 15 подключен к другой коммутационной схеме из множества коммутационных схем 97. Для передачи питания дистанционному устройству параметры второго резонансного контура выбраны в зависимости от второго входного напряжения. Таким образом, форма, размер и параметры катушки 23 индуктивности и конденсатора 25 резонансного контура выбраны исходя из второго входного напряжения, тогда как форма, размер и параметры катушки 20 индуктивности и конденсатора 21 резонансного контура 14 были выбраны исходя из первого входного напряжения. В действующем варианте воплощения параметры второго резонансного контура 14 отличаются от параметров первого резонансного контура 15. В представленном варианте воплощения оба резонансных контура спроектированы на прием напряжения от высоковольтной шины DC, которое не понижено преобразователем DC/DC. Одно из преимуществ настоящего варианта воплощения состоит в том, что относительно громоздкий преобразователь DC/DC становится лишним и может быть исключен из схемы.

В дополнение, многовходовый источник беспроводного питания можно спроектировать для предоставления разных напряжений беспроводного питания. В некоторых вариантах воплощения многовходовый источник беспроводного питания может быть динамичным и корректировать напряжение питания, которое необходимо передать дистанционному устройству, путем корректировки рабочей частоты коммутационной схемы, длительности включения коммутационной схемы, напряжения шины или любых других параметров, которые могут повлиять на напряжение питания, подлежащее передаче. Ряд этих способов описан в ссылках, упомянутых выше и включенных ранее посредством ссылки.

Многовходовый источник беспроводного питания может также включать в себя микроконтроллер 95, подключенный к маломощному преобразователю DC/DC, и коммутационные схемы. Микроконтроллер запрограммирован на управление несколькими коммутационными схемами по сигналу датчика, указывающему на то, какой источник входного напряжения подключен. В большинстве примеров варианта воплощения выпрямленное напряжение подается на все коммутационные схемы, но работает только та коммутационная схема, которая подключена к резонансному контуру, спроектированному на это, конкретное входное напряжение (или диапазон входных напряжений). В других вариантах воплощения схема выпрямителя AC/DC может включать переключатель или мультиплексор таким образом, чтобы выпрямленное напряжение подавалось только на преобразователь DC/DC с шаговым понижением и соответствующую коммутационную схему. В некоторых вариантах воплощения можно включать массив систем резонансный контур - коммутационная схема для каждого возможного входного напряжения или диапазона входных напряжений.

Вместо многовходового источника беспроводного питания, обладающего возможностью работать с несколькими входными напряжениями, можно спроектировать источник беспроводного питания с одной высоковольтной входной шиной DC таким образом, чтобы он создавал электромагнитное поле, подобное электромагнитному полю, создаваемому источником беспроводного питания с одной низковольтной входной шиной DC. Это означает, что можно спроектировать источник беспроводного питания с одним входом без мощного преобразователя DC/DC таким образом, чтобы выпрямленное напряжение подавалось на коммутационную схему для пропускания переменного тока через резонансный контур, специально спроектированный, чтобы создать электромагнитное поле, подобное тому, которое создавалось бы источником беспроводного питания, использующего для создания электромагнитного поля напряжение низковольтной шины DC.

В частности в одном варианте воплощения настоящего изобретения используется способ для проектирования источника беспроводного питания с высоковольтной шиной DC. В этом методе используется источник беспроводного питания с низковольтной шиной DC, включающий выпрямитель AC/DC для генерации высокого напряжения на шину DC, преобразователь DC/DC для понижения напряжения высоковольтной шины DC в напряжение для низковольтной шины DC. Используется коммутационная схема для коммутации напряжения низковольтной шины DC, чтобы получить сигнал переменного тока, и резонансный контур, подключенный к сигналу переменного тока для генерации электромагнитного поля. Метод включает подбор компонентов на основе тех, что используются в источнике беспроводного питания с низковольтной шиной DC. В частности, метод включает подбор выпрямителя AC/DC для получения напряжения высоковольтной шины DC, подбор схемы коммутации, рассчитанной на коммутацию напряжения высоковольтной шины DC, подбор резонансного контура с параметрами для генерации электромагнитного поля подобного электромагнитному полю, создаваемому источником беспроводного питания с низковольтной шиной DC, но под действием напряжения высоковольтной шины DC.

Описанное выше относится к текущему варианту выполнения изобретения. Различные изменения и исправления могут быть сделаны без отклонения от сущности и более широких объектов изобретения.

Claims

1. Многовходовый источник беспроводного питания, содержащий: схему выпрямителя AC/DC, рассчитанную на подачу первого входного напряжения или второго входного напряжения, в которой указанный выпрямитель AC/DC выдаёт выпрямленное напряжение; датчик, регистрирующий, какое входное напряжение первое или второе подано на указанный многовходовый источник беспроводного питания; несколько коммутационных схем, каждая из которых подключена к выходу выпрямленного напряжения; первый резонансный контур, подключённый к одной из указанных нескольких коммутационных схем, причём параметры указанного первого резонансного контура выбраны для подачи питания дистанционному устройству, исходя из указанного первого входного напряжения; второй резонансный контур, подключённый к другой из указанных нескольких коммутационных схем, причём параметры указанного второго резонансного контура выбраны для подачи питания дистанционному устройству, исходя из указанного второго входного напряжения, и указанные параметры указанного второго резонансного контура отличаются от указанных параметров указанного первого резонансного контура; маломощный преобразователь DC/DC подключён к указанному выпрямителю AC/DC для преобразования указанного выпрямленного напряжения; микроконтроллер, подсоединённый к указанному маломощному преобразователю DC/DC, причём указанный микроконтроллер запрограммирован на управление указанными несколькими коммутационными схемами по выходному сигналу указанного датчика.

2. Многовходовый источник беспроводного питания по п.1, в котором указаны несколько коммутационных схем, рассчитанных на более высокое из указанных входных напряжений: первого или второго.

3. Многовходовый источник беспроводного питания по п.1, в котором указанные параметры указанных резонансных контуров первого и второго включают: число витков катушки индуктивности, размер провода катушки, диаметр катушки, индуктивность катушки и ёмкость конденсатора.

4. Многовходовый источник беспроводного питания по п.1, в котором обеспечены внутренняя безопасность и защита от высокого напряжения.

5. Многовходовый источник беспроводного питания по п.1, в котором первое входное напряжение составляет 110 В переменного тока, а второе входное напряжение составляет 220 В переменного тока.

6. Многовходовый источник беспроводного питания по п.1, в котором первое и второе входные напряжения выбраны из группы: 110 В переменного тока, 220 В переменного тока, 19 В постоянного тока и 5 В постоянного тока, причем первое и второе входные напряжения различны.

7. Многовходовый источник беспроводного питания по п.1, в котором датчик расположен в схеме AC/DC выпрямителя.

8. Многовходовый источник беспроводного питания по п.1, в котором микроконтроллер включает датчик.

9. Многовходовый источник беспроводного питания, содержащий: схему выпрямителя, рассчитанную на подачу первого входного напряжения или второго входного напряжения, в которой указанный выпрямитель выдаёт выпрямленное напряжение; несколько коммутационных схем, каждая из которых подключена к выходу выпрямленного напряжения; первый резонансный контур, подключённый к одной из указанных нескольких коммутационных схем, причём параметры указанного первого резонансного контура выбраны для подачи питания дистанционному устройству, исходя из указанного первого входного напряжения без преобразования DC/DC преобразователем; второй резонансный контур, подключённый к другой из указанных нескольких коммутационных схем, причём параметры указанного второго резонансного контура выбраны для подачи питания дистанционному устройству, исходя из указанного второго входного напряжения без преобразования DC/DC преобразователем, и указанные параметры указанного второго резонансного контура отличаются от указанных параметров указанного первого резонансного контура; микроконтроллер, запрограммированный на управление указанными несколькими коммутационными схемами.

10. Многовходовый источник беспроводного питания по п.9, в котором указанные несколько коммутационных схем рассчитаны на более высокое из указанных входных напряжений: первого или второго.

11. Многовходовый источник беспроводного питания по п.9, в котором указанные параметры указанных резонансных контуров первого и второго включают число витков катушки индуктивности, размер провода катушки, диаметр катушки, индуктивность катушки и ёмкость конденсатора.

12. Многовходовый источник беспроводного питания по п.9, в котором обеспечиваются внутренняя безопасность и защита от высокого напряжения.

13. Многовходовый источник беспроводного питания по п.9, в котором первое входное напряжение составляет 110 В переменного тока, а второе входное напряжение составляет 220 В переменного тока.

14. Многовходовый источник беспроводного питания по п.9, в котором первое и второе входные напряжения выбраны из группы: 110 В переменного тока, 220 В переменного тока, 19 В постоянного тока и 5 В постоянного тока, причем первое и второе входные напряжения различны.

15. Многовходовый источник беспроводного питания по п.9, включающий датчик для определения того, какое входное напряжение, первое или второе, подано на многовходовый источник беспроводного питания.

16. Многовходовый источник беспроводного питания по п.15, в котором датчик расположен в схеме выпрямителя.