УСТРОЙСТВО И СПОСОБ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ И/ИЛИ ДАННЫХ МЕЖДУ УСТРОЙСТВОМ-ИСТОЧНИКОМ И ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ОДНИМ ЦЕЛЕВЫМ УСТРОЙСТВОМ Российский патент 2011 года по МПК H02J17/00 H01F38/14 

Изобретение касается устройства и способа для беспроводной передачи энергии и/или данных между устройством-источником и по меньшей мере одним целевым устройством, при которых предусмотрены по меньше мере одна первичная цепь тока с по меньшей мере одной, расположенной на стороне устройства-источника первичной катушкой и по меньшей мере одна вторичная цепь тока с по меньшей мере одной, расположенной на стороне целевого прибора вторичной катушкой. В частности, изобретение касается индукционной передачи энергии между устройствами или компонентами устройств для зарядки по меньшей мере одного расположенного в устройстве или в компоненте устройства аккумулятора, например аккумулятора пульта дистанционного управления.

Для медицинских устройств, в частности для операционных столов, в качестве устройств беспроводного управления предлагаются пульты дистанционного управления, с помощью которых может осуществляться управление тем или иным устройством из различных позиций и с некоторого удаления от приемного блока устройства для приема сигналов пульта дистанционного управления. Такие пульты дистанционного управления обеспечивают возможность удобного использования по меньшей мере одной части функций обслуживания медицинского устройства или операционного стола. Такие устройства управления в соответствии с уровнем техники питаются от батарей или аккумуляторов. Для обеспечения надежности функционирования такого пульта дистанционного управления рекомендуется использование многократно заряжаемых аккумуляторов, за счет чего пульт дистанционного управления после зарядки или подзарядки аккумуляторов может надежно использоваться на протяжении общей последующей процедуры в качестве устройства управления.

Кроме того, за счет использования специальных аккумуляторов при относительно малых, согласованных с конструктивными особенностями пульта дистанционного управления типоразмерах, возможно предоставление в распоряжение большого количества энергии, необходимой для работы пульта дистанционного управления. Для зарядки аккумуляторов должно быть установлено соединение со следующим источником энергии, в частности с пригодным сетевым блоком или с зарядным устройством. В соответствии с уровнем техники для этой цели известны как устройства с гальваническим соединением между зарядным устройством и аккумулятором, так и также без гальванического соединения между зарядным устройством и аккумулятором. В случае известных устройств, при которых не производится гальванического соединения между пультом дистанционного управления и источником энергии (то есть при гальваническом разделении), передача энергии между зарядным блоком или базовым блоком и пультом дистанционного управления осуществляется обычно индукционно. Зарядный блок или базовый блок являются при этом прибором-источником, а пульт дистанционного управления - целевым устройством.

На фиг.1 изображено известное устройство 10 для индукционной передачи энергии. Устройство 10 включает в себя при этом устройство-источник 12 и целевое устройство 14. Устройство-источник 12 включает в себя источник 16 энергии, который выполнен в качестве источника переменного тока и вырабатывает переменное напряжение. Кроме того, устройство-источник 12 содержит расположенную на стороне устройства-источника катушку 18, которая служит в качестве первичной катушки 18 для передачи энергии или данных к целевому устройству 14. Целевое устройство 14 содержит расположенную на стороне целевого устройства катушку 20, которая служит в качестве вторичной катушки 20 и электрически соединена с изображенной в качестве нагрузочного сопротивления зарядной схемой 22. Источник 16 энергии устройства-источника 12 электрически соединен с расположенной на стороне устройства-источника первичной катушкой 18, так что источник 16 энергии обеспечивает протекание переменного тока через катушку 18, в результате чего катушка 18 вырабатывает изменяющееся по времени магнитное поле (переменное магнитное поле). Расположенная на стороне целевого устройства вторичная катушка 20 располагается в создаваемом первичной катушкой 18 магнитном поле, если целевое устройство 14 находится в позиции зарядки и/или передачи данных. Под воздействием переменного магнитного поля во вторичной катушке 20 наводится напряжение, с помощью которого обеспечивается возможность протекания тока через изображенную в качестве нагрузочного сопротивления зарядную схему 22, в результате чего к этой зарядной схеме 22 подводится энергия, переданная от источника 16 энергии через катушки 18, 20. В качестве альтернативы или дополнительно к зарядной схеме 22 может быть предусмотрена схема обработки для определения данных, переданных через устройство по фиг.1.

На фиг.2 изображено устройство 24 для передачи энергии между устройством-источником 26 и целевым устройством 28, аналогично устройству 10 по фиг.1. Те же элементы имеют те же ссылочные обозначения. В отличие от устройства 10 по фиг.1 цепь тока устройства-источника 26 и цепь тока целевого устройства 28 содержат каждая по одному конденсатору 30, 32. За счет наличия конденсатора 30 в цепи тока устройства-источника 26 образуется последовательный колебательный контур, а за счет конденсатора 32 во вторичной цепи тока образуется параллельный колебательный контур. С помощью этих колебательных контуров обеспечивается резонансная связь между устройством-источником 26 и целевым устройством 28, за счет которой достигается относительно высокий коэффициент полезного действия при передаче энергии от первичной цепи ко вторичной цепи или от устройства-источника 26 к целевому устройству 28. В случае изображенного на фиг.2 устройства 24 первичной катушкой 18 создается магнитное поле. Первичная катушка 18 и конденсатор 30 образуют согласованную по резонансу первичную цепь тока. Созданное первичной катушкой 18 магнитное поле пронизывает вторичную катушку 20, которая является составной частью вторичного резонансного контура. На практике, однако, трудно согласовать между собой резонансные частоты расположенного на первичной стороне резонансного контура и расположенного на вторичной стороне резонансного контура, поскольку условия резонанса изменяются в зависимости от состояния зарядки аккумуляторов или в зависимости от изменяющегося на протяжении цикла зарядки нагрузочного сопротивления 22.

Для согласования резонансной частоты представляются возможными различные меры как на первичной, так и на вторичной сторонах. Например, может быть выбрана пригодная частота источника 16 энергии, причем частота, будучи предварительно настроенной, может настраиваться, регулироваться или подстраиваться в заданном диапазоне частот. Кроме того, могут предусматриваться пригодные конструктивные, в частности, носящие механический и электронный характер меры, направленные на сохранение правильных резонансных условий на протяжении более длительного цикла зарядки. В частности, поддержание правильных резонансных условий может достигаться или, по меньше мере, поддерживаться за счет выбора пригодного конструктивного элемента. Кроме того, резонансное уравнивание может достигаться за счет изменения емкости по меньшей мере одного из конденсаторов 30, 32 или индуктивности по меньшей мере одной из катушек 18, 20. Это связано, однако, с относительно высокими затратами. В целом поддержание резонансных условий в первичной и/или вторичной цепях тока является относительно затруднительным.

На фиг.3 показано устройство 34 для передачи энергии между устройством-источником 36 и целевым устройством 38, аналогичное устройству 10 по фиг.1. В отличие от устройства 10 по фиг.1 первичная катушка 18 расположена вокруг первого сегмента 40 железного сердечника, а вторичная катушка 20 - вокруг второго сегмента 42 железного сердечника. Сегменты 40, 42 железного сердечника содержат в позиции зарядки и/или передачи данных на их обращенных друг к другу торцевых сторонах зазор 44. Зазор 44 образуется, в частности, закрытыми кожухами устройства-источника 36 и целевого источника 38 и/или с помощью дополнительного воздушного зазора. Линии магнитного поля, выходящие из одной из обращенных друг от друга торцевых сторон сегментов 40, 42 магнитного сердечника, входят в противолежащую, обращенную в противоположную сторону, торцевую сторону и замыкают магнитный контур с сегментами 40, 42 магнитного сердечника и с зазором 44.

На фиг.4 показано устройство 46, аналогичное устройству 34 по фиг.3, причем как для устройства-источника 48, так и для целевого устройства 50 используются сегменты 52, 54 магнитного сердечника, которые выполнены с u-образной формой и в позиции передачи данных и/или энергии расположены таким образом, что обе торцевые поверхности сегментов 52, 54 магнитного сердечника расположены друг против друга и таким образом на расстоянии друг от друга, что между этими торцевыми сторонами предусмотрен зазор 56, 58 аналогично зазору 44 устройства 34.

На фиг.5 изображено устройство 60, аналогичное устройству 46 по фиг.4, причем в цепи тока устройства-источника 62 и в цепи тока целевого устройства 64 предусмотрено по одному конденсатору 30, 32 для формирования колебательных контуров таким же образом, как это было уже описано во взаимосвязи с фиг.2.

Обычно кожухи устройства-источника и целевого устройства выполняются из материала, который является электрически изолирующим и не ослабляющим или лишь незначительно ослабляющим электромагнитные поля. За счет необходимых величин минимальной толщины стенок кожуха, в частности, для электроизолирования и обеспечения механической прочности кожуха устройства-источника и целевого устройства зазор или зазоры при показанных известных исполнениях имеют минимальную ширину, которая оказывает существенное влияние на характеристики магнитного контура. Ширина зазора является основополагающей для силы магнитного поля в образованной сегментами магнитного сердечника магнитного контура устройства по фиг. с 1 по 5.

Из документа DE 3810702 C2 известно устройство, при котором осуществляется самонаведение частоты источника энергии. Для этого при этом устройстве определяется соотношение фаз между током и напряжением в первичной цепи тока и осуществляется его регулирование до достижения заранее определенного значения.

Из документа DE 19837675 A1 известно зарядное устройство, при котором в первичной части индуктивного элемента связи предусмотрен генератор мощности для индукционной передачи энергии зарядки. Во вторичной части предусмотрено коммутационное устройство для чередующегося приема мощности для зарядки аккумулятора.

Из документа DE 60102613 T2 известно устройство, при котором производится регулирование мощности передачи энергии, выдаваемой считывающим устройством запросчика. При этом в расположенной на первичной стороне или стороне передачи цепи тока предусмотрен последовательный колебательный контур для формирования мощности передачи. Производится определение актуальной информации о магнитной связи между запросчиком и считывающим устройством. Резонансный контур имеет изменяющуюся емкостью, с помощью которой может производиться настройка резонансного контура.

Исходя из уровня техники известных устройств задачей изобретения является указание устройства и способа для беспроводной передачи энергии и/или данных между устройством-источником и по меньшей мере одним целевым устройством, при которых при несложной конструкции обеспечивается возможность хорошей передачи энергии или данных.

Эта задача решается с помощью устройства с признаками пункта 1 формулы изобретения и с помощью способа с признаками независимого пункта формулы изобретения, относящегося к способу. Предпочтительные усовершенствования изобретения указаны в зависимой формуле изобретения.

С помощью соответствующего изобретению устройства, а также соответствующего изобретению способа для беспроводной передачи энергии и/или данных между устройством-источником и по меньшей мере одним целевым устройством достигается то, что резонансная частота резонатора и выполнение резонансных условий не должны находиться в зависимости от изменяющихся условий первичной цепи тока и вторичной цепи тока. В частности, резонатор является независимым от изменяющейся нагрузки во вторичной цепи тока. С помощью резонатора, электрически изолированного от первичной цепи тока и вторичной цепи тока, может, кроме того, осуществляться целевая передача энергии между первичной цепью тока и вторичной цепью тока. При наличии нескольких, электрически изолированных от первичной цепи тока и вторичной цепи тока резонаторов с отличающимися резонансными частотами могут передаваться сигналы с практически любой желаемой формой, например прямоугольные сигналы, составленные, например, из нескольких гармонических колебаний. Каждый резонатор образуется предпочтительно одним резонансным контуром, который, в частности, содержит одну катушку индуктивности и один конденсатор.

С помощью каждого из резонансных контуров затем производится передача энергии от первичной стороны ко вторичной стороне, в результате чего общая переданная энергия представляет собой сумму долей энергии, переданных непосредственно от первичной цепи ко вторичной цепи и от первичного контура к резонансным контурам и от них ко вторичному контуру. Например, общая переданная энергия может быть увеличена приблизительно на 15% в случае, если вместо одного резонатора предусматриваются два резонатора. Второй резонатор работает предпочтительно с удвоенной по сравнению с первым резонатором резонансной частотой. Для изобретения вместо одного электромагнитного резонатора могут использоваться также, однако, другие резонаторы, например акустические, механические или гидромеханические резонаторы. Резонатором в смысле изобретения является при этом каждая способная к выработке колебаний система, компоненты которой согласованы со входной частотой таким образом, что при возбуждении колебания резонатора осуществляются с этой частотой.

В случае усовершенствования изобретения резонатор выполнен в качестве резонансного контура или резонаторы выполнены в качестве резонансных контуров. Первичная катушка, вторичная катушка и катушка индуктивности изолированного резонансного контура/изолированных резонансных контуров расположены при этом предпочтительно в том же магнитном контуре. При этом предпочтителен случай, когда первичная катушка, вторичная катушка и катушка, образующая катушку индуктивности изолированного резонансного контура, расположены вокруг охваченного магнитным контуром магнитного сердечника, причем магнитный контур содержит предпочтительно магнитный сердечник без зазора.

Кроме того, предпочтителен случай, когда предусмотрены по меньшей мере два резонансных контура, которые электрически изолированы каждый от вторичной цепи тока и другой цепи тока. Катушки индуктивности по меньшей мере двух резонансных контуров выполнены предпочтительно в качестве катушек, обмотки которых выполнены в качестве бифилярных обмоток или при использовании более двух резонансных контуров - в качестве n-филярных обмоток. За счет бифилярных обмоток или при использовании n-резонансных контуров за счет n-филярных обмоток образованные этими обмотками катушки имеют предпочтительно одну и ту же индуктивность, в результате чего регулировка резонансной частоты может осуществляться лишь выбором различных конденсаторов. Это предпочтительно в том случае, если резонансные контуры работают с отличными друг от друга резонансными частотами, так что оказывается влияние на передачу данных между первичной цепью тока и вторичной цепью тока через резонансные контуры с наложенными резонансными частотами резонансных контуров или резонаторов.

Кроме того, может быть предпочтителен случай, когда обмотка вторичной катушки и обмотка образующей катушку индуктивности резонансного контура катушки и/или обмотка первичной катушки и обмотка образующей катушку индуктивности резонансного контура катушки могут быть выполнены в виде бифилярных обмоток. Если предусмотрены несколько резонансных контуров, то обмотки катушек резонансного контура или обмотки части катушек резонансного контура и первичная обмотка или вторичная обмотка могут быть выполнены в качестве n-филярных обмоток. Предусмотрение n-филярных обмоток упрощает изготовление всего устройства в целом. В частности, индуктивность образованных n-филярными обмотками катушек может несложным образом изменяться за счет совместного включения нескольких катушек, в частности удваиваться.

Кроме того, предпочтителен случай, когда производится разложение подлежащего передаче сигнала с помощью преобразования Фурье. Для каждого гармонического колебания, разложенного с помощью преобразования Фурье и подлежащего передаче сигнала, предусмотрен один резонансный контур, резонансная частота которого совпадает с частотой того или иного гармонического колебания. За счет этого достигается возможность составления из гармонических колебаний сигналов с практически любыми формами, так что, например, на вторичной стороне может быть выработан в основном сигнал с прямоугольной формой. Дается указание на то, что возможно также усовершенствование независимого пункта формулы изобретения с признаками отдельных зависимых пунктов, относящихся к устройству, или соответствующими признаками способа.

Другие признаки и преимущества изобретения вытекают из следующего описания, которое поясняет изобретение более подробно в совокупности с приложенными чертежами на основании примеров исполнения.

Чертежи показывают:

фиг.6 - устройство для индукционной передачи энергии в соответствии с первой формой исполнения изобретения;

фиг.7 - устройство для индукционной передачи энергии в соответствии со второй формой исполнения изобретения;

фиг.8 - устройство для индукционной передачи энергии в соответствии с третьей формой исполнения изобретения;

фиг.9 - устройство для индукционной передачи энергии в соответствии с четвертой формой исполнения изобретения;

фиг.10 - устройство для индукционной передачи энергии в соответствии с пятой формой исполнения изобретения и

фиг.11 - устройство для индукционной передачи энергии в соответствии с шестой формой исполнения изобретения.

На фиг.6 изображено устройство 100 для беспроводной передачи энергии и/или данных между устройством-источником 102 и целевым устройством 104 в соответствии с первой формой исполнения изобретения. Устройство 100 имеет аналогичную конструкцию, что и уже описанное известное устройство 46 по фиг.4. Одинаковые элементы имеют одинаковые ссылочные обозначения. Наряду с расположенной на первичной стороне цепью тока, которая охватывает источник 16 энергии и катушку 18, устройство 100 содержит также расположенную на вторичной стороне цепь тока со вторичной катушкой 20 и с изображенной в качестве нагрузочного сопротивления зарядной схемой 22. Магнитный или железный сердечник состоит из первого, расположенного на первичной стороне u-образного сегмента 52 магнитного сердечника, вокруг которого расположены обмотки первичной катушки 18, и второго, расположенного на вторичной стороне u-образного сегмента 54 магнитного сердечника. Между сегментами 52, 54 магнитного сердечника в позиции зарядки и/или передачи данных устройства-источника 102 и целевого устройства 104 предусмотрены зазоры 56, 58. Кроме того, устройство 100 содержит катушку 106, обмотки которой расположены вокруг второго сегмента 54 магнитного сердечника и электрически соединены с конденсатором 108. Катушка 106 и конденсатор 108 образуют колебательный контур, работающий с резонансной частотой, которая зависит от индуктивности катушки 106 и емкости конденсатора 108. Этот колебательный контур называется также резонансным колебательным контуром и в смысле изобретения является резонатором. Таким образом, в случае устройства 100 по фиг.6 резонатор располагается на вторичной стороне, то есть в целевом устройстве 104.

На фиг.7 в соответствии со второй формой исполнения изобретения изображено устройство 110 для беспроводной передачи энергии и/или данных между устройством-источником 112 и целевым устройством 114. Устройство 110 имеет аналогичную конструкцию, что и устройство 100 по фиг.6. В отличие от устройства 100 по фиг.7 состоящий из катушки 106 и конденсатора 108 резонатор пространственно расположен в целевом устройстве 112, причем обмотки катушки 106 расположены вокруг первого сегмента 52 магнитного сердечника.

На фиг.8 изображено устройство 120 для беспроводной передачи энергии и/или данных между устройством-источником 122 и целевым устройством 124 в соответствии с третьей формой исполнения изобретения, при которой предусмотрены как расположенный на первичной стороне резонатор, так и расположенный на вторичной стороне резонатор. Катушка 126 и конденсатор 128 электрически соединены между собой и образуют расположенный на вторичной стороне резонатор. Катушка 130 и конденсатор 132 электрически соединены между собой, образуя цепь тока, и образуют расположенный на первичной стороне резонатор. Обмотки катушки 130 и расположенной на стороне устройства-источника первичной катушки 18 выполнены в качестве бифилярных обмоток. Аналогичным образом обмотки катушки 126 и расположенной на стороне целевого устройства вторичной катушки 20 выполнены в качестве бифилярных обмоток.

На фиг.9 изображено устройство 140, аналогичное устройству 120 по фиг.8 для беспроводной передачи энергии и/или данных между устройством-источником 142 и по меньшей мере одним целевым устройством 144 в соответствии с четвертой формой исполнения изобретения, при которой обмотки расположенной на стороне устройства-источника первичной катушки 18 и катушки 130 расположенного на первичной стороне резонатора выполнены в качестве отдельных обмоток. Таким же образом обмотки расположенной на стороне целевого устройства вторичной катушки 20 и катушки 126 расположенного на вторичной стороне резонатора выполнены в качестве отдельных обмоток.

На фиг.10 изображено устройство 150 для беспроводной передачи энергии и/или данных между устройством-источником 152 и целевым устройством 154 в соответствии с пятой формой исполнения изобретения, содержащее расположенный на стороне целевого устройства резонатор. Обмотки катушки расположенного на стороне целевого устройства резонатора и расположенная на стороне целевого устройства вторичная катушка в случае этой формы исполнения выполнены в качестве бифилярных обмоток. Расположенный на первичной стороне резонатор в случае этого устройства не предусмотрен.

На фиг.11 изображено устройство 160 для беспроводной передачи энергии и/или данных между устройством-источником 162 и целевым устройством 164 в соответствии с шестой формой исполнения изобретения. Устройство 160 содержит расположенный на первичной стороне резонатор. Обмотки катушки 130 резонатора с обмотками расположенной на стороне устройства-источника вторичной катушки 18 выполнены в качестве бифилярных обмоток.

Описанные формы исполнения изобретения показывают при исполнении обмоток катушек резонатора либо использование бифилярных обмоток с расположенной на стороне устройства-источника первичной катушкой 18 или с обмотками расположенной на стороне целевого устройства вторичной катушки 20, либо исполнение отдельных обмоток расположенной на стороне устройства-источника первичной катушки и катушки резонатора, а также раздельное расположение расположенной на стороне целевого устройства вторичной катушки 20 и катушки резонатора или катушек резонатора. Аналогичным образом возможны также устройства, при которых, например, обмотки расположенного на первичной стороне резонатора и обмотки расположенной на стороне устройства-источника первичной катушки 18 выполнены в качестве отдельных обмоток и обмотки катушки расположенного на вторичной стороне резонатора и обмотки расположенной на стороне целевого устройства вторичной катушки 20 выполнены в качестве отдельных обмоток. Аналогичным образом возможно исполнение обмоток катушки расположенного на первичной стороне резонатора и расположенной на стороне устройства-источника вторичной катушки 18 в качестве отдельных обмоток и исполнение обмоток катушки расположенного вторичной стороне резонатора и расположенной на стороне целевого устройства вторичной катушки 20 в качестве бифилярных обмоток. Для упрощения изображения в случае примеров исполнения как на первичной, так и на вторичной сторонах изображено только по одному резонатору. При определенных формах исполнения изобретения целесообразно, однако, предусмотрение нескольких, расположенных на первичной стороне и/или нескольких, расположенных на вторичной стороне резонаторов, обмотки которых выполнены предпочтительно в качестве n-филярных обмоток с первичной катушкой 18 или вторичной катушкой 20 и/или в качестве отдельных обмоток применительно к обмоткам первичной катушки 18 и вторичной катушки 20.

При предусмотрении нескольких резонаторов последние работают предпочтительно с различными резонансными частотами. При этом предпочтительным является исполнение катушек всех расположенных на вторичной стороне резонаторов, а также обмоток катушек всех расположенных на первичной стороне резонаторов в качестве n-филярных обмоток, так что они в основном имеют одинаковую индуктивность. С помощью n-филярных обмоток можно в течение производственного процесса несложным образом обеспечить возможность в основном совпадения индуктивности намотанных таким образом катушек. За счет совместного включения нескольких катушек возможно точное увеличение индуктивности в несколько раз. Для установления желаемой резонансной частоты в этом случае предусматриваются конденсаторы с соответствующей емкостью, каждый из которых электрически соединен с катушкой или с несколькими совместно включенными катушками и, тем самым, образующие колебательный контур или резонансный контур (резонатор). За счет предусмотрения резонаторов, не соединенных электрически с первичной цепью и вторичной цепью тока, то есть электрически изолированных, достигается высокий применительно к передаче энергии и/или данных коэффициент полезного действия. При этом допуски на конструктивные элементы, содержащиеся в первичной цепи тока и вторичной цепи тока, а также изменение свойств образованного зарядной схемой 22 нагрузочного сопротивления не ведут к изменению свойств резонатора, в частности к изменению резонансной частоты. Таким образом, с помощью изобретения отпадает необходимость в затруднительной юстировке и доводке резонансной частоты.

Как показывают примеры исполнения, предпочтительным является случай, когда по меньшей мере один резонатор располагается в том же магнитном контуре, что и первичная катушка, и вторичная катушка 20. При использовании нескольких резонаторов может осуществляться резонансная передача высокочастотных сигналов, имеющих форму, отличную от синусоидальной, которые формируются предпочтительно из несколько имеющих синусоидальную форму гармонических колебаний. Тем самым, в частности, обеспечивается возможность несложной передачи сигналов, имеющих в основном прямоугольную форму. Соответствующие изобретению устройства показаны в качестве примеров с двумя u-образными сегментами 52, 54 магнитного сердечника. Таким же образом возможно также использование и других форм сердечника изобретения. В частности, может быть предусмотрен также только один, расположенный на первичной стороне магнитный сердечник, который в конструктивном отношении выполнен таким образом, что он механически выступает из устройства-источника. В этом случае в корпусе целевого устройства предпочтительно предусматривается выемка, в которую в позиции зарядки и/или передачи данных входит выступающий магнитный сердечник. Вокруг выемки расположена вторичная катушка 20, в результате чего последняя располагается вокруг магнитного сердечника, если устройство-источник и целевое устройство находятся в позиции передачи энергии. Альтернативно или дополнительно целевое устройство может содержать выступающую область сердечника, которая входит в выемку устройства-источника, если устройство-источник и целевое устройство находятся в позиции передачи данных или энергии. В этом случае вокруг выемки устройства-источника располагается первичная катушка. Предпочтительно кожухи устройства-источника или целевого устройства выполняются замкнутыми вокруг выступающего магнитного сердечника и вдоль выемки, в результате чего по меньшей мере целевое устройство содержит замкнутый по периметру кожух.

Передача энергии между расположенной на стороне устройства-источника первичной стороной и расположенной на стороне целевого устройства вторичной стороной зависит в основном от интенсивности выработанного первичной катушкой магнитного поля или магнитного потока в магнитном контуре и частоты переменного напряжения, выработанного источником 16 энергии. С помощью резонансных контуров может осуществляться, в частности, превышение резонанса по току и/или напряжению. Исполнение магнитного сердечника в форме стержня, как это показано в совокупности с фиг.2, вследствие наличия возможности относительно свободного распространения линий магнитного поля во внешней зоне может привести к проблемам электромагнитной совместимости. Кроме того, увеличение силы поля или магнитного потока возможно лишь при относительно высоких затратах. Количество переданной ко вторичной стороне энергии зависит от силы магнитного поля и частоты, с которой происходит изменение силы магнитного поля. За счет изменения силы выработанного первичной катушкой магнитного поля во вторичной катушке 20 наводится напряжение.

В соответствии с изобретением первичная цепь тока с одной, расположенной на первичной стороне катушкой, расположенная на вторичной стороне с одной расположенной на вторичной стороне катушкой и одним резонатором, дополнительно расположенным в магнитном контуре или в области выработанного первичной катушкой магнитного поля, используются для обеспечения возможности беспроводной передачи энергии или данных между первичной и вторичной сторонами.

С помощью изобретения с целью соблюдения резонансных условий отпадает необходимость в принятии мер как на первичной, так и вторичной сторонах. Более того, в частности, независимо от резонансных условий на первичной или вторичной сторонах может осуществляться компенсация реактивной мощности.

Расположение резонаторов на первичной и/или вторичной сторонах имеет первоочередное значение для правильного функционирования. Более того, при этом можно учитывать конструктивные требования, в частности типоразмеры целевого устройства и/или устройства-источника. Предпочтителен случай, когда источник 16 энергии вырабатывает переменное напряжение с частотой в диапазоне от 20 кГц до 5 МГц, предпочтительно в диапазоне от 60 кГц до 500 кГц.

Изобретение относится к электротехнике, к беспроводной передаче энергии и/или данных между устройством-источником и по меньше мере одним целевым устройством. Беспроводная передача энергии и/или данных осуществляется с помощью по меньшей мере одной, расположенной на стороне устройства-источника первичной катушки (18) по меньшей мере одной первичной цепи тока в по меньшей мере одной, расположенной на стороне целевого устройства вторичной катушке (20) по меньшей мере одной вторичной цепи тока, и в по меньшей мере одной катушке по меньшей мере одного резонансного контура наводится напряжение. Резонансный контур расположен электрически изолированным от первичной цепи тока и вторичной цепи тока. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Устройство для беспроводной передачи энергии и/или данных между устройством-источником и по меньшей мере одним целевым устройством, с по меньшей мере одной расположенной на стороне устройства-источника первичной катушкой (18) по меньшей мере одной первичной цепи тока, с по меньшей мере одной расположенной на стороне целевого устройства вторичной катушкой (20) по меньшей мере одной вторичной цепи тока и с по меньшей мере одним резонатором, отличающееся тем, что резонатор содержит один резонансный контур, который электрически изолирован от первичной цепи тока и вторичной цепи тока.

2. Устройство п.1, отличающееся тем, что резонатор работает с резонансной частотой, отличной от частоты расположенного в первичной цепи тока источника энергии, предпочтительно резонансная частота соответствует удвоенной или уменьшенной вдвое величине частоты источника энергии.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первичная катушка, вторичная катушка и катушка индуктивности резонансного контура резонатора расположены в одном и том же магнитном контуре, предпочтительно первичная катушка (18), вторичная катушка (20) и образующая катушку индуктивности резонансного контура катушка расположены вокруг магнитного сердечника, образующего магнитный контур.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что предусмотрены по меньше мере два резонатора, каждый из которых электрически изолирован от первичной цепи тока и вторичной цепи тока и от каждого другого резонатора, причем резонаторы содержат предпочтительно по одному резонансному контуру, а катушки индуктивности по меньшей мере двух резонансных контуров выполнены предпочтительно в виде катушек, обмотки которых выполнены в виде бифилярных обмоток.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что по меньшей мере два резонатора работают на взаимно различных резонансных частотах.

6. Устройство по п.4 или 5, отличающееся тем, что по меньшей мере два резонансных контура содержат катушки с одной и той индуктивностью, причем обмотки катушек выполнены предпочтительно в качестве n-филярных обмоток.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что по меньше мере два резонансных контура имеют взаимно различные емкости.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что обмотка вторичной катушки (20) и обмотка образующей катушку индуктивности катушки выполнены в виде бифилярной обмотки.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для каждого из гармонических колебаний, разложенного посредством трансформации Фурье, подлежащего передаче сигнала, предусмотрен резонатор, резонансная частота которого совпадает с частотой соответствующего гармонического колебания.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что расположенный в первичной цепи тока источник энергии вырабатывает выходное напряжение прямоугольной формы.

11. Способ для беспроводной передачи энергии и/или данных между устройством-источником и по меньшей мере одним целевым устройством, при котором с помощью по меньшей мере одной расположенной на стороне устройства-источника первичной катушки (18) по меньшей мере одной первичной цепи тока, в по меньшей мере одной, расположенной на стороне целевого устройства вторичной катушке (20) по меньшей мере одной вторичной цепи тока наводится напряжение и осуществляется возбуждение по меньшей мере одного резонатора, отличающееся тем, что резонатор содержит один резонансный контур, который электрически изолирован от первичной цепи тока и вторичной цепи тока.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что резонатор образуется резонансным контуром с по меньшей мере одной катушкой и с по меньшей мере одним конденсатором.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что к резонансному контуру за счет наведенного напряжения подводится энергия, с помощью которой осуществляется возбуждение резонансного контура, и что резонансный контур вырабатывает изменяющееся с резонансной частотой резонансного контура магнитное поле, с помощью которого во вторичной катушке (20) наводится напряжение.