ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к беспроводной передаче мощности и, в частности, но не исключительно, к беспроводной передаче мощности для нагревательных приборов.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Многим системам требуются провода и/или электрические контакты для подачи электрической мощности (энергии) к устройствам. Исключение этих проводов и контактов обеспечивает улучшение механизма взаимодействия с пользователем. Традиционно, это достигалось с помощью батарей, расположенных в устройствах, но этот подход имеет ряд недостатков, в том числе дополнительный вес, объем и необходимость частой замены или перезарядки батарей. В последнее время, подход с использованием беспроводной индуктивной передачи мощности получил повышенный интерес.
Отчасти этот повышенный интерес связан с числом и разнообразием портативных и мобильных устройств, получивших широкое распространение в последнее десятилетие. Например, использование мобильных телефонов, планшетов, медиа-плейеры и т.д. стало повсеместным. Такие устройства, как правило, питаются от внутренних батарей и типичный сценарий использования часто требует перезарядки батарей или прямого проводного снабжения мощностью устройства от внешнего источника питания.
Как уже упоминалось, большинство существующих на сегодняшний день устройств требуют проводов и/или явных электрических контактов для питания от внешнего источника питания. Однако это, как правило, непрактично и требует, чтобы пользователь физически вставлял соединители или иным образом устанавливал физический электрический контакт. Также бывает неудобно для пользователя путем введения отрезков проводов. Как правило, требования по питанию также существенно различаются, и в настоящее время большинство устройств снабжены собственным специально выделенным источником питания, в результате чего обычный пользователь имеет большое количество различных источников питания, причем каждый источник питания предназначен для конкретного устройства. Хотя внутренние батареи могут устранить необходимость проводного подсоединения к внешнему источнику питания, этот подход обеспечивает лишь частичное решение, так как батареи будут нуждаться в перезарядке (или замене, которая стоит дорого). Использование батарей также может существенно увеличить вес и потенциально стоимость, и размер устройств.
Для того, чтобы обеспечить значительное улучшение механизма взаимодействия с пользователем, было предложено использовать беспроводной источник питания, где мощность индуктивно передается от передающей катушки в передающем мощность устройстве к принимающей катушке в отдельных устройствах.
Передача мощности с помощью магнитной индукции является хорошо известной идеей, в основном применяемой в трансформаторах, которые имеют жесткую связь между первичной передающей катушкой и вторичной принимающей катушкой. В результате разделения первичной передающей катушки и вторичной принимающей катушки между двумя устройствами, беспроводная передача мощности между устройствами становится возможной по принципу слабосвязанного трансформатора.
Такая компоновка делает возможной беспроводную передачу мощности к устройству, не требуя каких-либо проводов или физических электрических соединений. На самом деле, она может просто сделать возможным помещение устройства рядом с передающей катушкой или поверх нее для того, чтобы снаружи перезарядить или запитать его. Например, передающие мощность устройства могут быть выполнены с горизонтальной поверхностью, на которую можно просто поместить устройство для того, чтобы его запитать.
Кроме того, такие компоновки беспроводной передачи мощности предпочтительно могут быть выполнены таким образом, что передающее мощность устройство можно использовать с множеством принимающих мощность устройств. В частности, был определен подход к беспроводной передаче мощности, известный как спецификация Qi, и в настоящее время разрабатывается дальше. Этот подход делает возможным использование передающих мощность устройств, которые соответствуют спецификации Qi, с принимающими мощность устройствами, которые также соответствуют спецификации Qi, без требования того, чтобы они были от одного производителя или того, чтобы они были предназначены друг для друга. Спецификация Qi дополнительно включает в себя некоторые функциональные возможности для обеспечения возможности работы, которые будут адаптированы к конкретному принимающему мощность устройству (например, зависящие от конкретного потребления мощности).
Спецификация Qi разрабатывается Wireless Power Consortium и больше информации можно найти, например, на их веб-сайте:
http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html, где, в частности, можно найти определенные документы по спецификации.
В целях поддержки взаимодействия и совместимости передатчиков мощности и приемников мощности, предпочтительно, чтобы эти устройства могли взаимодействовать друг с другом, т.е. желательно чтобы связь между передатчиком мощности и приемником мощности поддерживалась, и предпочтительно, чтобы связь поддерживалась в обоих направлениях.
Спецификация Qi поддерживает связь от приемника мощности к передатчику мощности, тем самым позволяя приемнику мощности предоставлять информацию, которая может позволить передатчику мощности адаптироваться к конкретному приемнику мощности. В текущей спецификации, была определена однонаправленная линия связи от приемника мощности к передатчику мощности и подход основан на принципе, что приемник мощности является управляющим элементом. Для подготовки и управления передачей мощности между передатчиком мощности и приемником мощности, приемник мощности определенным образом передает информацию передатчику мощности.
Спецификация Qi разрабатывается для того, чтобы поддерживать аппаратуру, требующую все большие уровни мощности. Например, спецификация предназначена для использования с устройствами, потребляющими несколько киловатт мощности.
Например, ожидается, что беспроводная передача мощности все больше будет использоваться, например, с кухонными приборами, такими как чайники, блендеры, кухонные комбайны и т.д. В частности, беспроводную передачу мощности предусматривается использовать для обеспечения мощностью различных нагревательных устройств. Например, ожидается, что эта идея будет широко использоваться, например, в кухонных плитах, обслуживающих чайники и кастрюли, которые нагреваются с помощью магнитной индукции.
Действительно, предполагается, что беспроводную передачу мощности можно использовать, чтобы подавать мощность легко настраиваемым образом в условиях, таких как кухни. Предполагается, что во многих сценариях устройство, предоставляющее беспроводную передачу, может быть спроектировано с возможностью обслуживания как приборов, которые используются для нагревания, так и не-нагревательных приборов. Таким образом устройство, предоставляющее беспроводную передачу, может быть спроектировано, например, с возможностью иметь различные области или поверхности, которые имеют различную термостойкость. Например, некоторые области могут быть спроектированы с возможностью принимать нагревательный элемент, в то время как другие области могут быть предназначены для не-нагревательных приборов.
В качестве конкретного примера, кухонное устройство для подачи беспроводной мощности может предоставлять поверхность (такую, как верхняя поверхность кухонного стола), имеющую область, спроектированную с возможностью снабжения мощностью нагревательных приборов, таких как чайники и кастрюли, и вторую область, спроектированную с возможностью подачи мощности не-нагревательным приборам, таким как блендеры или кухонные комбайны. Таким образом, одна из областей может быть изготовлена из материала с высокой тепловой устойчивостью, в то время как другая область может быть выполнена из материала, который уязвим к воздействию высоких температур.
В качестве примера, на ФИГ. 1 представлен пример беспроводного подвода мощности к не-нагревательному прибору, на ФИГ. 2 представлен пример беспроводного подвода мощности к нагревательному прибору (такому, как кастрюля или чайник).
На примерах, устройство, подающее мощность, содержит передатчик 101 мощности, который показан как подразделенный на источник 103 мощности, передающую катушку 105 и инвертор 107, принимающий мощность от источника 103 мощности и генерирующий сигнал возбуждения для передающей катушки 105. Передающая катушка 105 располагается близко к кухонной столешнице 109 или встроена в нее. Не-нагревательный кухонный прибор 111 располагается на столешнице в примере, показанном на ФИГ. 1, и нагревательный прибор 111, такой как чайник, располагается на столешнице в примере, показанном на ФИГ. 2. Нагревательный прибор 111, показанный на ФИГ. 2, имеет нагревательный элемент 201, в котором передатчик 101 мощности может вызвать вихревые токи, которые приводят к нагреванию нагревательного элемента.
В примере, столешница 109 может быть разделена на зону варки, показанную на ФИГ. 2, и зону приготовления пищи, показанную на ФИГ. 1. В примере, зона варки может содержать индукционную варочную панель, которая нагревает, например, чайник или кастрюлю посредством магнитной индукции. Дно кастрюли или чайника может стать очень горячим, и зона варки может быть выполнена с возможностью выдерживать такие температуры. Например, керамическая варочная панель может выдерживать температуру 200C° или больше.
Также зона приготовления может содержать передатчик мощности, встроенный в столешницу для того, чтобы снабжать мощностью приборы. Однако, для этой области, используемый материал, как правило, не обладает стойкостью к воздействию высоких температур. Например, типичные кухонные столешницы могут быть изготовлены из материалов, таких как древесина или гранит. Однако, эти материалы могут иметь намного более низкую термостойкость и могут повреждаться, если будут подвергаться воздействию высоких температур чайника.
Наличие беспроводных передатчиков мощности как в зоне варки, так и в зоне приготовления, может вести к опасениям относительно ожидаемого поведения пользователей. Пользователь будет ожидать, что кастрюля станет горячей, если она находится на кухонной плите. Однако, он может также желать использовать передатчик мощности зоны приготовления для снабжения мощностью нагревательного прибора. Однако, это может привести к повреждению столешницы, вызванному высокими температурами. Действительно, многие приборы, которые предусматривают нагревание, теперь воспринимаются как принадлежащие больше зоне приготовления, чем зоне варки. Например, приборы, такие как тостеры, чайники, рисоварки и т.д., в настоящее время, как правило, используются на кухонной столешнице, а не на плите. Предполагается, что функции, предоставляемые зоной варки и зоной приготовления, будут продолжать все больше и больше сливаться.
Таким образом, возникает потенциальная проблема, если передатчик мощности из зоны приготовления генерирует переменное поле, создаваемое магнитным потоком, которое может быть принято нагревательным прибором, например, чайником или кастрюлей. Это может привести к тому, что дно кастрюли или чайника стает очень горячим (как правило, из-за генерации вихревых токов в нагревательной плите или нагревательном элементе). Генерируемое тепло может привести к повреждению столешницы.
Кроме того, хотя нагревательный прибор обычно может быть выполнен с возможностью управления температурой нагревательного элемента, например, управляя мощностью сигнала передачи мощности, неисправность или сценарий ошибки потенциально может привести к нежелательным высоким температурам, что потенциально может привести к повреждению поверхности. Например, управление температурой с помощью контура управления мощностью для регулировки мощности сигнала передачи мощности требует надежной связи между приемником мощности и передатчиком мощности. В случае возникновения ошибок связи, или даже если линия связи будет потеряна, температура не сможет регулироваться, или может привести к тому, что температуры станут слишком высокими. Такой сценарий может возникнуть, если передатчик мощности располагается на подставке с тем, чтобы защитить поверхность. Такое расположение само по себе приведет к увеличению расстояния между передатчиком и принимающими катушками и это может привести к ненадежности связи посредством модуляции нагрузкой.
Нежелательные температуры могут, например, также быть следствием неисправностей, возникающих в нагревательном приборе. Например, неисправный датчик температуры может привести к тому, что температура в нагревательной плите, в которой сигнал передачи мощности индуцирует вихревые токи, и нагревает таким образом, всегда при измерении будет ниже целевой температуры. В результате, приемник мощности будет продолжать запрашивать повышенную мощность от передатчика мощности, в результате чего температура нагревательной плиты увеличится выше требуемых уровней.
В более общем плане, повышенная гибкость в применении и изменение применений беспроводной передачи мощности при все более высоких уровнях мощности, когда, в частности, передача мощности может поддерживать нагреваемые устройства, потребляющие мощность, привело к увеличению рисков и усложнений. Это может, в частности, иметь место для кухонных сценариев с использованием беспроводной передачи мощности, но не ограничивается такими применениями.
Таким образом, усовершенствованный подход к беспроводной передаче мощности имел бы преимущество и, в частности, был бы выгоден подход, позволяющий увеличить гибкость в применении, снизить риск повреждения, улучшить поддержку различных применений и сценариев использования, получить дополнительную безопасность и, в частности, дополнительную или улучшенную защиту от перегрева, упростить работу пользователя и/или повысить производительность.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Таким образом, изобретение стремится предпочтительно смягчить, облегчить или устранить один или несколько из указанных выше недостатков, по отдельности или в любой комбинации.
Согласно аспекту изобретения, предоставляется тепловой барьер для системы беспроводной передачи мощности, причем тепловой барьер содержит: первую область поверхности для соединения с приемником мощности, подлежащим запитыванию посредством первого электромагнитного сигнала; вторую область поверхности для соединения с передатчиком мощности, предоставляющим второй электромагнитный сигнал; и ретранслятор (повторитель) мощности, содержащий резонансный контур, включающий в себя индуктор и конденсатор, причем ретранслятор мощности выполнен с возможностью генерировать первый электромагнитный сигнал концентрируя энергию второго электромагнитного сигнала по направлению к первой области поверхности; приемник для приема измерения температуры; и контроллер для управления первым уровнем первого электромагнитного сигнала посредством адаптации свойства резонансного контура, причем контроллер выполнен с возможностью уменьшения первого уровня при увеличении значений измерения температуры.
Изобретение может позволить, например, устройствам, нагреваемым посредством беспроводной передачи мощности, использоваться с беспроводными передатчиками мощности, связанными с недостаточной тепловой защитой, в то же время обеспечивая эффективную передачу мощности.
В частности, использование обычного теплового барьера в большинстве сценариев приведет к значительному снижению производительности передачи мощности за счет увеличения расстояния и уменьшения взаимодействия между передающей катушкой передатчика мощности и принимающим элементом (катушка/нагревательный элемент) приемника мощности. Изобретение может позволить тепловому барьеру обеспечить эффективную тепловую защиту, делая возможным увеличение расстояния между передающей катушкой и приемной катушкой, в то же время обеспечивая эффективное соединение с высоким кпд между передающей катушкой и приемной катушкой. В частности, резонансный контур может сконцентрировать магнитное поле таким образом, что увеличенный поток будет проходить через принимающий элемент приемника мощности (катушка/нагревательный элемент). Резонансный контур может концентрировать энергию в направлении первой области поверхности, направляя, отклоняя или перемещая по направлению к первой области поверхности силовые линии магнитного поля от второго электромагнитного сигнала. Резонансный контур может эффективно функционировать в качестве магнитной линзы. В частности, он может деформировать магнитное поле от передатчика мощности для обеспечения возрастания потока через первую область поверхности/принимающий элемент приемника, принадлежащий приемнику мощности.
Изобретение может дополнительно ввести управление температурой или защиту, которая может быть независимой от передатчика мощности. Действительно, тепловой барьер может во многих вариантах осуществления предоставить дополнительное управление температурой и защиту, которая может, например, предотвратить перегрев нагревательного прибора, который питается от передатчика мощности, даже если возникает ошибка или неисправность.
Например, нагревательная плита может быть запитана посредством сигнала передачи мощности, и температурой может управлять контур управления мощностью от приемника мощности к передатчику мощности. Однако, если, например, возникает неисправность в функции управления температурой или мощностью передатчика мощности или приемника мощности, то это может привести к тому, что не будет надлежащего управления сигналом передачи мощности, и может привести к тому, что сигнал передачи мощности будет слишком сильным для требуемой температуры. Это может привести к увеличению температуры и потенциально может привести к повреждению. Однако, если предусмотрен барьер со значениями измерения температуры, отражающими температуру, например, нагревательного элемента, такое повышение температуры или даже отклонение может быть обнаружено и тепловой барьер может в таком сценарии перейти к сокращению мощности и, следовательно, результирующей температуры. Тепловой барьер может во многих вариантах осуществления предоставлять дополнительную функцию безопасности, и в частности, можно ввести дополнительную защиту от перегрева. Подход может таким образом уменьшить риск отказа системы вследствие отказа одного элемента, приводящего к перегреву и потенциальному ущербу.
Во многих вариантах осуществления, подход может сделать возможным более эффективное и, как правило, быстрое управление температурой/защиту. В частности, обычное регулирование температуры, когда приемник мощности управляет уровнем мощности сигнала передачи мощности от передатчика мощности, является относительно медленным (и, как правило, ограничивается низкой частотой обновления контура управления мощностью).
Этот подход может предоставить усовершенствованный механизм взаимодействия с пользователем и может, например, позволить тепловому барьеру управлять тепловым рабочим режимом, и в частности, он может позволить тепловому барьеру обнаружение и реагирование, например, на сценарии перегрева. Изобретение позволяет улучшить гибкость в применении и поддержку для увеличенного разнообразия различных сценариев использования для беспроводной передачи мощности. Например, оно может предоставить улучшенную поддержку сценариев использования, например, кухни, где беспроводной передатчик мощности может быть предусмотрен в столешнице, изготовленной из нетермостойких материалов.
В некоторых вариантах осуществления тепловой барьер может включать в себя множество резонансных контуров, например, с индукторами, которые распределены между первой областью поверхности и второй областью поверхности.
Первая область поверхности и вторая область поверхности могут находиться на противоположных (и, возможно, по существу, параллельных) поверхностях теплового барьера.
Первая область поверхности может быть специально выполнена с возможностью соединения с приемником мощности путем ее выполнения с возможностью приема приемника мощности. Первая область поверхности может быть выполнена с возможностью соприкасаться, соединяться с поверхностью приемника мощности, прикрепляться к ней или опираться на нее, или может предоставлять область поверхности для приемника мощности, чтобы он располагался на ней.
Вторая область поверхности может быть специально выполнена с возможностью соединения с передатчиком мощности путем ее приспосабливания для приема передатчика мощности. Первая область поверхности может быть выполнена с возможностью соприкасаться, соединяться с поверхностью приемника мощности, прикрепляться к ней или опираться на нее, или может предоставлять область поверхности для передатчика мощности, чтобы он располагался на ней.
В некоторых вариантах осуществления приемник мощности может содержать или заключать проводящий элемент, и в частности, проводящий нагревательный элемент. В частности, мощность может приниматься посредством первого электромагнитного сигнала, вызывающего вихревые токи в проводящем элементе.
Первый уровень первого электромагнитного сигнала может быть, например, уровнем потока, уровнем плотности потока или уровнем мощности.
В некоторых вариантах осуществления контроллер может быть выполнен с возможностью управления первым уровнем для предоставления требуемой абсолютной, постепенно возрастающей или относительной зависимости от значения измерения температуры, и в частности, контроллер может быть выполнен с возможностью увеличения или уменьшения первого уровня в зависимости от значения измерения температуры.
В некоторых вариантах осуществления контроллер может быть выполнен с возможностью управления максимальным значением первого уровня для предоставления требуемой зависимости от значения измерения температуры, и в частности, контроллер может быть выполнен с возможностью увеличивать или уменьшать максимальное значение в зависимости от значения измерения температуры.
Зависимость между первым уровнем или максимальным значением первого уровня и значением измерения температуры может быть нелинейной зависимостью. Зависимость между первым уровнем или максимальным значением первого уровня и значением измерения температуры может быть кусочно-линейной зависимостью. Зависимость между первым уровнем или максимальным значением первого уровня и значением измерения температуры может быть монотонно убывающей зависимостью (первый уровень или максимальное значение первого уровня может быть монотонно убывающей функцией значения измерения температуры).
Измерение температуры может быть значением, указывающим измеряемую температуру таким образом, что увеличивающиеся значения указывают на повышение температуры. Измеряемая температура может быть температурой элемента приемника мощности/прибора, получающего питание от приемника мощности, и в частности, может быть температурой нагревательного элемента, нагреваемого первым электромагнитным сигналом.
В соответствии с дополнительным признаком согласно изобретению, контроллер выполнен с возможностью сравнения значения измерения температуры с пороговым значением температуры, и уменьшения первого уровня, если значение измерения температуры превышает пороговое значение температуры.
Это может обеспечить преимущество и снизить сложность эксплуатации во многих вариантах осуществления. Признак может, в частности, обеспечить эффективную защиту от перегрева во многих вариантах осуществления. В частности, если значение измерение температуры указывает температуру, которая превышает безопасный порог, контроллер может приступить к снижению уровня первого электромагнитного сигнала. Например, контроллер может замыкать конденсатор резонансного контура, тем самым изменяя работу резонансного контура и эффективно блокируя электромагнитный поток к приемнику мощности.
В соответствии с дополнительным признаком согласно изобретению, контроллер выполнен с возможностью ограничения первого уровня для того, чтобы не превысить максимально допустимый уровень, и чтобы уменьшать максимально допустимый уровень в ответ на увеличивающиеся значения измерения температуры.
Контроллер может уменьшить первый уровень за счет снижения максимально допустимого уровня для первого электромагнитного сигнала. Таким образом, например, управление мощностью может быть разрешено до тех пор, пока не превышен максимально допустимый уровень. Однако, за счет снижения максимально допустимого уровня для более высоких температур, первый уровень снижается по сравнению с уровнем, который будет достигнут, если температура была ниже.
В соответствии с дополнительным признаком согласно изобретению, контроллер выполнен с возможностью сравнения значения измерения температуры с пороговым значением температуры, и установления максимально допустимого уровня на более низкое значение, когда значение измерения температуры превышает пороговое значение температуры, чем, когда измерение температуры не превышает порогового значения температуры.
Это может обеспечить преимущество и снизить сложность эксплуатации во многих вариантах осуществления. Признак может, в частности, обеспечить эффективную защиту от перегрева во многих вариантах осуществления. В частности, если значение измерения температуры указывает на то, что температура превышает безопасный порог, контроллер может приступить к снижению уровня первого электромагнитного сигнала. Например, контроллер может замыкать конденсатор передачи мощности резонансного контура к приемнику питания, тем самым изменяя работу резонансного контура и эффективно блокируя электромагнитный поток к приемнику мощности.
Во многих вариантах осуществления, максимально допустимый уровень, когда значение измерения температуры превышает пороговое значение температуры, составляет не более, чем 5 Вт, 2 Вт или даже 1 Вт для многих применений небольшой мощности, и часто преимущественно не более, чем 10 Вт, 50 Вт, 100 Вт или 200 Вт для применений большой мощности.
Максимально допустимый уровень первого сигнала, когда значение измерения температуры превышает пороговое значение, может зависеть от предпочтений и требований конкретного варианта осуществления, применения и сценария. Действительно, предпочтительное значение может зависеть от температурного режима прибора, содержащего приемник мощности и может быть определено, например, конструктором прибора. Оно может иметь относительно высокий уровень, когда прибор может передавать тепло воздуху. Оно может иметь низкий уровень, когда прибор изолирует тепло от окружающей среды. Максимально допустимый уровень, когда измеренное значение температуры превышает пороговое значение, может во многих вариантах осуществления быть установлен на уровне, который делает возможным приведение в действие функций управления приемника мощности посредством первого электромагнитного сигнала.
В соответствии с дополнительным признаком согласно изобретению, максимально допустимый уровень, когда значение измерения температуры превышает пороговое значение температуры, составляет не более, чем 10% (или, например, 5-10%) от максимально допустимого уровня, когда значение измерения температуры не превышает порогового значения температуры.
Такой подход может обеспечить эффективную защиту, например, от перегрева. Контроллер может быть выполнен с возможностью уменьшения уровня первого электромагнитного сигнала, подаваемого на приемник мощности, до очень низких уровней по сравнению с нормальным режимом эксплуатации. Во многих вариантах осуществления, максимальный уровень, когда температура превышает пороговое значение, может быть уменьшен до уровней, которые предотвращают возникновение чрезмерного нагрева. Например, максимально допустимый уровень может быть установлен таким образом, что его достаточно для приведения в действие внутренних функций управления приемника мощности, но не нагревательной нагрузки (в большинстве применений, в таких вариантах осуществления максимально допустимый уровень может составлять около 1-10 Вт, поскольку этого, как правило, достаточно для приведения в действие внутренних функций).
В соответствии с дополнительным признаком согласно изобретению, контроллер выполнен с возможностью уменьшения уровня путем изменения резонансной частоты резонансного контура с тем, чтобы она в большей степени отличалась, по меньшей мере, от одной из частот второго электромагнитного сигнала, резонансной частоты резонансного контура передатчика мощности и резонансной частоты резонансного контура приемника мощности при увеличении значений измерений температуры.
Это может обеспечить эффективность и снизить сложность эксплуатации во многих вариантах осуществления.
В соответствии с дополнительным признаком согласно изобретению, приемник выполнен с возможностью приема значения измерения температуры от приемника мощности.
Это может обеспечить эффективную работу во многих вариантах осуществления, и может, например, позволить основывать управление первого уровня на значениях измерения температуры, которые точно отражают измерение элемента устройства, который приводится в действие, таких как именно температура нагревательного элемента.
В соответствии с дополнительным признаком согласно изобретению, тепловой барьер дополнительно содержит датчик температуры, выполненный с возможностью генерирования значения измерения температуры. В частности, во многих вариантах осуществления тепловой барьер может содержать датчик температуры, выполненный с возможностью генерирования значения измерения температуры для указания температуры первой области поверхности и/или области соприкосновения с приемником мощности во время работы.
Такой подход может позволить тепловому барьеру предоставить автономное управление температурой/функцию защиты, которая может обеспечить дополнительную работу и/или защиту, не требуя какого-либо конкретной функции или работы от приемника мощности. Подход может обеспечить эффективную совместимость с предшествующими системами и может позволить использовать тепловой барьер с целым рядом различных приемников мощности, обеспечивая при этом, например, защиту от перегрева.
В соответствии с необязательным признаком согласно изобретению, контроллер выполнен с возможностью изменения свойства с тем, чтобы уменьшить соотношение между вторым уровнем второго электромагнитного сигнала и первым уровнем первого электромагнитного сигнала при увеличении значений измерений температуры.
Это может обеспечить эффективное управление индуктивной мощностью, подаваемой приемнику мощности.
В соответствии с дополнительным признаком согласно изобретению, контроллер выполнен с возможностью уменьшения первого уровня путем уменьшения плотности магнитного потока первого электромагнитного сигнала для первой области поверхности по отношению к плотности магнитного потока второго электромагнитного сигнала для второй области поверхности при увеличении значений измерений температуры.
Это может обеспечить эффективное управление индуктивной мощностью, подаваемой приемнику мощности.
Резонансный контур может быть специально модифицирован так, чтобы уменьшить уровень мощности первого электромагнитного сигнала, достигающего приемной катушки приемника мощности, т.е. он может быть приспособлен для уменьшения магнитного потока, проходящего через приемную катушку приемника мощности. Признак может, например, позволить адаптировать резонансный контур таким образом, что энергия второго электромагнитного сигнала распространяется или концентрируется в стороне от первой области поверхности (и приемной катушки приемника мощности).
Адаптация может быть достигнута, например, путем изменения свойства емкости, индуктивности или сопротивления резонансного контура.
В соответствии с необязательным признаком согласно изобретению, свойством является резонансная частота.
Это может обеспечить эффективный способ управления подводом мощности к приемнику мощности, и в частности, может предоставить эффективное средство регулирования уровня мощности или обеспечения того, чтобы он ограничивается до заданного уровня. Например, если приемником мощности обнаруживается неисправность, может быть запрошено ограничение максимального уровня мощности тепловым барьером. Во многих сценариях это может привести к сокращению времени отклика, по сравнению с временем отклика при установке связи приемником мощности с передатчиком мощности для ограничения мощности. Во многих вариантах осуществления такой подход может обеспечить дополнительную защиту, например, от неисправностей или ошибок во взаимодействии между приемником мощности и передатчиком мощности.
Подгонка резонансной частоты может обеспечить точное и эффективное управление во многих вариантах осуществления, и может, в частности сделать возможным достаточно точное и плавное управление.
Резонансная частота может быть изменена путем изменения емкости конденсатора и/или индуктивности индуктора.
В соответствии с дополнительным признаком согласно изобретению, контроллер выполнен с возможностью изменения резонансной частоты с помощью, по меньшей мере, одного из: закорачивания конденсатора или отсоединения конденсатора от индуктора.
В некоторых вариантах осуществления резонансная частота может эффективно изменяться до нуля посредством отсоединения конденсатора или закорачивания. Это может быть особенно полезным во многих сценариях, поскольку это может сделать возможным снижение сложности адаптации и/или может увеличить или максимизировать уменьшение энергии сигнала, достигающего приемника мощности.
В соответствии с дополнительным признаком согласно изобретению, тепловой барьер дополнительно содержит приемник, соединенный с контроллером и выполненный с возможностью приема управляющих данных от приемника мощности; и где контроллер выполнен с возможностью адаптировать свойство в зависимости от управляющих данных.
Это может сделать возможным улучшение работы во многих вариантах осуществления. Например, это может во многих вариантах осуществления позволить приемнику мощности быстро и эффективно ограничить мощность в приемнике мощности в сценариях, где приемник мощности обнаруживает нежелательные действия (например, неисправность или нежелательный сценарий использования).
В соответствии с дополнительным признаком согласно изобретению, тепловой барьер содержит пользовательский интерфейс, соединенный с контроллером и выполненный с возможностью приема пользовательского ввода; и в котором контроллер выполнен с возможностью адаптировать свойство в зависимости от пользовательского ввода.
Этот подход может предоставить усовершенствованный механизм взаимодействия с пользователем и может, например, позволить использование теплового барьера для обеспечения функциональности, не поддерживаемой самим приемником мощности.
Как уже упоминалось, тепловой барьер может дополнительно содержать датчик температуры, соединенный с контроллером, и выполненный с возможностью измерения температуры; и контроллер выполнен с возможностью адаптации свойства в зависимости от температуры.
Этот подход может предоставить усовершенствованный механизм взаимодействия с пользователем и может, например, позволить тепловому барьеру управлять тепловым рабочим режимом, и в частности, он может позволить тепловому барьеру обнаружение и принятие мер, например, сценариев перегрева.
Например, если датчик температуры определит, что температура выше заданного целевого порога он может перейти к разрушению резонансного контура для того, чтобы таким образом уменьшить температуру. Например, если обнаруживается перегрев, контроллер может закоротить или отключить конденсатор.
Датчик температуры может быть расположен в частности проксимально по отношению к первой области поверхности или второй области поверхности.
В соответствии с дополнительным признаком согласно изобретению, тепловой барьер дополнительно содержит контроллер для адаптации резонансной частоты резонансного контура для согласования частоты со вторым электромагнитным сигналом.
Это может обеспечить улучшенную передачу мощности и может, в частности сделать возможным улучшение концентрации энергии в направлении первой области поверхности. Резонансная частота может быть отрегулирована, например, чтобы максимизировать пиковый или усредненный ток через индуктор, или напряжение на индукторе.
В соответствии с дополнительным признаком согласно изобретению, тепловой барьер может отсоединяться от передатчика мощности и приемника мощности.
Тепловой барьер может быть отдельным физическим объектом в составе приемника мощности и передатчика мощности. Признак может позволить улучшить сценарии использования или дополнить их. Например, тепловой барьер может быть отдельным барьером, который может быть размещен на передатчике мощности, когда он используется для подачи мощности на нагревательный прибор, при этом позволяя использовать передатчик мощности непосредственно с приемниками мощности, у которых нет каких-либо нагревательных функций.
В соответствии с дополнительным признаком согласно изобретению, тепловой барьер дополнительно содержит блок связи, выполненный с возможностью передачи данных передатчику мощности посредством изменения свойства резонансного контура.
Это может сделать возможным эффективное взаимодействие и позволит увеличить гибкость использования и функциональность.
Свойство может быть, например, индуктивностью, емкостью или сопротивлением резонансного контура.
В соответствии с дополнительным признаком согласно изобретению, тепловой барьер дополнительно содержит пользовательский интерфейс для приема пользовательского ввода; и блок связи для генерации данных в зависимости от пользовательского ввода и, по меньшей мере, один параметр, измеряемый тепловым барьером.
Это может сделать возможным эффективное взаимодействие и позволит увеличить гибкость использования и функциональность.
Во многих вариантах осуществления, тепловой барьер дополнительно содержит контроллер, предназначенный для изменения резонансной частоты резонансного контура с помощью, по меньшей мере, нескольких циклов второго электромагнитного сигнала посредством, по меньшей мере, одного из: закорачивания конденсатора или отсоединения конденсатора от индуктора для части цикла.
Это может обеспечить особенно эффективный подход к адаптации резонансной частоты резонансного контура. Такой подход может сделать возможной относительно тонкую регулировку и может использоваться, например, для изменения резонансной частоты с целью, например, взаимодействия, адаптации ко второму электромагнитному сигналу или регулировки мощности приемника мощности.
Во многих вариантах осуществления расстояние между первой областью поверхности и второй областью поверхности составляет, по меньшей мере, 1 см.
Изобретение может обеспечить улучшенную передачу мощности при этом предоставляя тепловой барьер со значительной глубиной для обеспечения тепловой изоляции и защиты. Увеличенное расстояние между поверхностями, соединяющимися с передатчиком мощности и приемником мощности соответственно обеспечивает улученную тепловую изоляцию и защиту. Ретранслятор мощности может обеспечить то, что передача мощности остается эффективной, и может, в частности обеспечить эффективную передачу мощности между передатчиком мощности и приемником мощности.
В некоторых вариантах осуществления расстояние между первой областью поверхности и второй областью поверхности составляет не менее 2 см, 3 см или даже 5 см.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления, предоставляется приемник мощности для системы беспроводной передачи мощности, содержащей тепловой барьер, причем тепловой барьер, содержащий первую область поверхности для соединения с приемником мощности, чтобы запитывать его от первого электромагнитного сигнала; вторую область поверхности для соединения с передатчиком мощности, предоставляющим второй электромагнитный сигнал; ретранслятор мощности, содержащий резонансный контур, включающий в себя индуктор и конденсатор, причем ретранслятор мощности выполнен с возможностью генерировать первый электромагнитный сигнал, концентрируя энергию второго электромагнитного сигнала по направлению к первой области поверхности; приемник для приема измерения температуры.
Во многих вариантах осуществления, тепловой барьер предпочтительно может быть частью приемника мощности. Одно устройство, такое как прибор, может содержать как приемник мощности, так и тепловой барьер, который, как правило, может предоставить прибор/устройство для приведения в контакт с материалами, которые не являются термостойкими.
Передатчик мощности для передачи мощности приемнику мощности, использующий электромагнитный сигнал мощности, может включать в себя: индуктор для предоставления электромагнитного сигнала мощности в ответ на сигнал возбуждения, подаваемый на индуктор; генератор сигнала мощности для генерации сигнала возбуждения для индуктора; и детектор для обнаружения присутствия теплового барьера; и контроллер мощности для ограничения мощности беспроводного индуктивного сигнала мощности на более низком уровне, если тепловой барьер не был обнаружен, чем если тепловой барьер был обнаружен.
Это может обеспечить улучшенную функциональность и/или работу во многих сценариях. В частности, это может уменьшить риск повреждения, причиненного, например, приемником мощности, поддерживающим функцию нагрева.
Датчик может быть выполнен с возможностью обнаружения присутствия теплового барьера в ответ на обнаружение сигнала, исходящего от теплового барьера.
Это может сделать возможным обнаружение несложным, однако, тем не менее, эффективным.
Датчик может быть соединен с индуктором и выполнен с возможностью обнаружения присутствия теплового барьера путем считывания изменения в характеристиках на индукторе.
В частности, датчик может обнаружить изменение импеданса, соответствующее наличию резонансного контура теплового барьера.
Датчик может быть выполнен с возможностью обнаружения присутствия теплового барьера на основании характерной особенности сигнала возбуждения для индуктора. Например, датчик может обнаружить, что индуктор дает импеданс со специфической характеристикой для некоторого интервала частот. Специфическая характеристика может соответствовать появлению резонансного контура в тепловом барьере.
Эти и другие аспекты, признаки и преимущества изобретения будут очевидны и прояснены со ссылкой на описанный ниже вариант(ы) осуществления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Варианты осуществления изобретения будут описаны, только в качестве примера, со ссылкой на чертежи, на которых
на ФИГ. 1 представлена система беспроводной передачи мощности;
на ФИГ. 2 представлена система беспроводной передачи мощности;
на ФИГ. 3 представлена система беспроводной передачи мощности;
на ФИГ. 4 представлен путь потока мощности беспроводной передачи мощности;
на ФИГ. 5 представлены некоторые кривые напряжения потока мощности системы беспроводной передачи мощности;
на ФИГ. 6 представлена система беспроводной передачи мощности;
на ФИГ. 7 представлен пример ретранслятора мощности для системы беспроводной передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
на ФИГ. 8 представлен пример ретранслятора мощности для системы беспроводной передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
на ФИГ. 9 представлен пример ретранслятора мощности для системы беспроводной передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
на ФИГ. 10 представлен пример ретранслятора мощности для системы беспроводной передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
на ФИГ. 11 представлен пример ретранслятора мощности для системы беспроводной передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
на ФИГ. 12 представлен пример ретранслятора мощности для системы беспроводной передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
на ФИГ. 13 представлены некоторые кривые напряжения приемника мощности системы беспроводной передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения; и
на ФИГ. 14 представлен пример передатчика мощности для системы беспроводной передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Следующее описание фокусируется на вариантах осуществления изобретения, которые могут быть пригодны в кухонном применении, и в частности в среде кухни смешанной зоны варки и приготовления пищи, с использованием беспроводной передачи мощности. Однако, следует иметь в виду, что изобретение не ограничивается этим применением, но может быть применено во многих других приложениях и системах беспроводной передачи мощности.
На ФИГ. 3 показан пример системы передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. Система передачи мощности включает в себя передатчик 101 мощности, который включает в себя (или соединен с) передающей катушкой/индуктором 105. Система дополнительно содержит приемник 111 мощности, который включает в себя (или соединен с) принимающую катушку/индуктор 101. Принимающая катушка/индуктор может в некоторых вариантах осуществления быть проводящим элементом, таким как, например, нагревательный элемент, т.е. она может быть чем-либо, где при воздействии переменного магнитного поля индуцируется электрический сигнал.
Система предоставляет беспроводную индуктивную передачу мощности от передатчика 101 мощности к приемнику 111 мощности. В частности, передатчик 101 мощности генерирует сигнал мощности, который распространяется как магнитный поток посредством передающей катушки 105. Сигнал мощности обычно может иметь частоту между приблизительно от 20 кГц до 200 кГц. Передающая катушка 105 и принимающая катушка 301 слабо связаны, а значит и принимающая катушка 301 подхватывает (по меньшей мере, частично) сигнал мощности от передатчика 101 мощности. Таким образом, мощность передается от передатчика 101 мощности приемнику 111 мощности посредством беспроводного индуктивного соединения от передающей катушки 105 к принимающей катушке 301. Термин сигнал мощности можно использовать для обозначения магнитного или индуктивного сигнала между передающей катушкой 105 и принимающей катушкой 301 (сигнал магнитного потока), но следует принимать во внимание, что по эквивалентности его также можно рассматривать и использовать в качестве указания на электрический сигнал, подаваемый на передающую катушку 105, или, разумеется, на электрический сигнал принимающей катушки 301.
Далее работа передатчика 101 мощности и приемника 111 мощности будет описана с конкретной ссылкой на вариант осуществления в соответствии со спецификацией Qi (за исключением описанных (или логически вытекающих) здесь модификаций и расширений). В частности, передатчик 101 мощности и приемник 111 мощности могут по существу быть совместимы с версией 1.0 или 1.1 спецификации Qi (описанных (или логически вытекающих) здесь модификаций и расширений).
Для того, чтобы управлять передачей мощности система может проходить через разные фазы, в частности, фазу выбора, фазу проверки связи, фазу конфигурации идентификации и фазу передачи мощности. Более подробную информацию можно найти в разделе 5 части 1 спецификации Qi беспроводной электромагнитной мощности.
Вначале передатчик 101 мощности находится в фазе выбора, когда он просто контролирует предполагаемое присутствие приемника мощности. Передатчик 101 мощности может использовать для этой цели различные способы, например, как те, что описаны в спецификации Qi беспроводной электромагнитной мощности. Если такое предполагаемое присутствие обнаруживается, передатчик 101 мощности вступает в фазу проверки связи, когда временно генерируется сигнал мощности. Приемник 111 мощности может применить принятый сигнал для приведения в действие его электроники. После приема сигнала мощности, приемник 111 мощности передает начальный пакет передатчику 101 мощности. В частности, передается пакет интенсивности сигнала, указывающий на степень соединения между передатчиком мощности и приемником мощности. Более подробную информацию можно найти в разделе 6.3.1 части 1 спецификации Qi беспроводной электромагнитной мощности. Таким образом, в фазе проверки связи определяется, присутствует ли приемник 111 мощности на интерфейсе передатчика 101 мощности.
После принятия сообщения об интенсивности сигнала, передатчик 101 мощности переходит в фазу идентификации и конфигурации. В этой фазе приемник 111 мощности сохраняет отключенной свою выходную нагрузку и осуществляет связь с передатчиком 101 мощности, используя модуляцию нагрузкой. Передатчик мощности предоставляет сигнал мощности постоянной амплитуды, частоты и фазы для этой цели (за исключением изменений, вызванных модуляцией нагрузкой). Сообщения используются передатчиком 101 мощности для своей настройки в соответствии с запросом приемника 111 мощности. Сообщения от приемника 111 мощности не передаются непрерывно, а передаются через определенные интервалы.
После фазы конфигурации и идентификации система переходит к фазе передачи мощности, когда происходит фактическая передача мощности. В частности, после обмена информацией своих требованиях по питанию, приемник 111 мощности подключает выходную нагрузку и подает на нее принятую мощность. Приемник 111 мощности контролирует выходную нагрузку и измеряет ошибки управления между фактическим значением и нужным значением в определенной рабочей точке. Он сообщает такие ошибки управления передатчику 101 мощности с минимальной частотой, например, каждые 250 мс, чтобы указать эти ошибки передатчику 101 мощности, а также требование изменить или не изменять, сигнал мощности. Таким образом, в фазе передачи мощности, приемник 111 мощности также выполняет модуляцию нагрузкой сигнала мощности в интервалах модуляции нагрузкой для того, чтобы передавать информацию передатчику 101 мощности. Следует принять во внимание, что альтернативно или дополнительно можно использовать другие подходы к передаче информации.
На ФИГ. 4 представлен пример пути подачи мощности для типичного индукционного нагревательного прибора, такого как например тот, что представлен на ФИГ. 1 и 2. Подвод мощности содержит источник 103 мощности в виде преобразователя переменного тока/постоянного тока, который выпрямляет напряжение переменного тока (например, от сети). Выпрямленный сигнал от сети подается на преобразователь постоянного тока/переменного тока в виде инвертора 107, который генерирует высокочастотный сигнал возбуждения, который подается на резонатор 105 (настроенный LC контур), включающий в себя передающую катушку. Система включает в себя нагревательный поддон, который может быть представлен принимающей катушкой 401 (соответствующей принимающей катушке 301, показанной на ФИГ. 3), и нагрузкой R_Sole приемника 403 (представляющий потери на вихревые токи в принимающей катушке/токопроводящем элементе).
На ФИГ. 5 представлены кривые напряжения потока мощности, показанного на ФИГ. 4. Напряжение сети Umains выпрямляется преобразователем 103 переменного тока/постоянного тока к напряжению Udc_abs. Большой накопительный конденсатор, который используется для буферизации выпрямленного напряжения в сети, как правило, не применяется в приложениях этих типов, так как он добавит к общей сети гармонические искажения этой аппаратуры. В результате переменное напряжение постоянного тока генерируется преобразователем 103 переменного тока/постоянного тока.
Из-за характеристик выпрямленного напряжения Udc_abs, выходное напряжение Uac_HF инвертора 107 имеет такую форму, как показано на ФИГ. 5. Нормальная рабочая частота инвертора составляет порядка от 20 кГц до 100 кГц.
Передающая катушка вместе с принимающей катушкой 401 и сопротивлением R_Sole приемника 403 является по существу нагрузкой инвертора 107. Однако благодаря этой нагрузке (как индуктивной, так и резистивной) резонансный контур обычно используется между инвертором 107 и этой нагрузкой для того, чтобы подавить индуктивную часть нагрузки. Кроме того, резонансная сеть, как правило, приводит к снижению потерь при переключении инвертора 107.
В примерном сценарии передатчик 101 мощности используется в среде кухни для предоставления беспроводного питания различным кухонным приборам, включающим в себя блендеры, кухонные комбайны, чайники, кастрюли, сковородки и т.д. В примере передатчик 101 мощности может быть частью группы передатчиков мощности, которые могут одновременно подавать мощность множеству приборов. Некоторые из передатчиков мощности могут предоставляться в зоне варки, которая изготовлена из термостойких материалов (такого как керамический материал). Другие из передатчиков мощности могут предоставляться в зоне приготовления, которая изготовлена из материала, который не является термостойким (такой как, например, кухонная столешница из дерева). Таким образом, пользователь может оказаться в ситуации, когда он может иметь ряд доступных местоположений для источников электропитания, некоторые из которых могут быть пригодны для приборов, которые могут нагреваться, в то время как другие местоположения для источников электропитания могут быть непригодны для этих видов деятельности. Однако, иногда может быть полезно для пользователя, если эти местоположения также могут использоваться для обеспечения мощностью нагревательных приборов, которые могут нагреваться.
В частности, передатчик 101 мощности может быть расположен непосредственно под (или быть частью) неустойчивой к нагреву столешницей, тем самым делая ее непригодной для нагревательных приборов, таких как чайники, кастрюли и сковородки. Однако, может быть желательно использовать этот передатчик мощности для приведения в действие таких нагревательных приборов, и в частности нагревательных приборов, которые могут обеспечить нагрев с помощью индукции вихревых токов в проводящем нагревательном элементе. Однако для того, чтобы обеспечить максимальную энергетическую эффективность, такие нагревательные элементы часто могут располагаться в части прибора, которая находится в непосредственном контакте с передатчиком мощности. В частности, для передатчика мощности на поверхности столешницы, прибор может быть сконструирован с нагревательным элементом у основания. При использовании нагревательный элемент будет соответственно также контактировать с поверхностью столешницы (как показано на ФИГ. 2). Это может привести к повреждению столешницы, которая, как правило, не будет изготовлена устойчивой к нагреву.
Для того, чтобы принять меры по этой проблеме, между столешницей и прибором вводится тепловой барьер 601, как показано на ФИГ. 6. Тепловой барьер 601 может быть изготовлен из подходящего термостойкого материала, такого как подходящий керамический материал. Тепловой барьер 601 может быть реализован, например, как подставка, которую пользователь может поставить на столешницу, и пользователь может расположить прибор (например, кастрюлю или сковородку) на подставке. Тепловой барьер 601 также может быть реализован в виде составной части прибора.
Однако, хотя это может позволить, чтобы использовалось незащищенное местоположение питания (передатчика 101 мощности) для питания нагревательных приборов, это, как правило, также существенно увеличивает расстояние Z между передатчиком мощности и прибором/приемником мощности. Таким образом, расстояние между катушкой, передающей мощность, и катушкой, принимающей мощность (в том числе, например, токопроводящим нагревательным элементом), будет значительно увеличено, в результате чего существенно уменьшится взаимодействие между ними.
Это приведет к потребности в более сильных токах в катушке, передающей мощность для того, чтобы получить такую же напряженность поля, создаваемого магнитным потоком, которое будет захвачено приемником мощности. Более сильные токи вызывают больше потери в инверторе и передающей катушке. Кроме того, более сильные токи и увеличенное расстояние между передатчиком мощности и приемником мощности приведет к увеличению потока утечки. Это приводит к проблемам, связанным с электромагнитными помехами (EMI) и электромагнитной силой (EMF). Например, Международная электротехническая комиссия (c) устанавливает международные стандарты для электромагнитных помех от излучений и в проводах, которые должны быть приняты во внимание для системы беспроводной передачи мощности, и этим требованиям может быть все более и более трудно соответствовать, когда расстояние между приемником мощности и передатчиком мощности вырастает.
Для того, чтобы принять меры по этой проблеме, предоставляется тепловой барьер, который дополнительно содержит ретранслятор мощности, содержащий резонансный контур, включающий в себя индуктор и конденсатор. Часто резонансный контур может быть образован одним конденсатором и одним конденсатором (одной катушкой индуктивности). Однако, следует иметь в виду, что в некоторых вариантах осуществления резонансный контур может включать в себя множество индукторов и/или конденсаторов. Как правило, такие контуры эквивалентны резонансному контуру, содержащему один конденсатор и индуктор. Следует также иметь в виду, что резонансный контур может включать в себя другие компоненты, такие как, например, резисторы или иногда переключающие элементы.
Как правило, контур может образовывать простой (эквивалентный) параллельный резонансный контур, такой как показан на ФИГ. 7 (показанного как схематически, так и с поперечным сечением индуктора). Например, на ФИГ. 8 показана система передачи мощности, использующая тепловой барьер 801 в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. Подход соответствует подходу, показанному на ФИГ. 6, но с использованием теплового барьера 801, содержащего ретранслятор 803 мощности, содержащий резонансный контур, в данном случае, образованный индуктором Lrep (показанным в поперечном сечении) и конденсатором Crep.
Тепловой барьер 801 таким образом имеет вторую область 805, которая находится в контакте со столешницей 109 близко к передатчику 101 мощности. Таким образом, тепловой барьер 801 и в частности, ретранслятор мощности/резонансный контур 803 соединяется с передатчиком 101 мощности через вторую область 805 поверхности. Передатчик 101 мощности таким образом формирует второй электромагнитный сигнал/поле, с которым ретранслятор 803 мощности соединяется преимущественно через вторую область 805 поверхности.
Кроме того, тепловой барьер 801 содержит первую область поверхности 807 которая предназначена для того, чтобы быть в контакте с приемником мощности/прибором 111 во время использования. В частности, нагревательный элемент 201 a нагревательного устройства может быть расположен на первой области 807 поверхности.
Беспроводная мощность предоставляется приемнику 111 мощности через первый магнитный сигнал/поле, который преимущественно предоставляется через первую область 807 поверхности. Таким образом, соединение приемника 111 мощности с тепловым барьером 801/ретранслятором 803 мощности преимущественно предоставляется через первую область 807 поверхности.
В конкретном примере, большая часть магнитного потока, достигающего ретранслятора мощности, и в частности индуктора Lrep, делает это через вторую область 805 поверхности. Можно считать, что этот поток соответствует первому магнитному сигналу. Аналогичным образом, большая часть магнитного потока, достигающего приемника 111 мощности от ретранслятора мощности, и в частности от индуктора L, делает это через первую область 807 поверхности. Можно считать, что этот поток соответствует первому магнитному сигналу.
Глубина теплового барьера, как правило, существенна, и в самом деле во многих вариантах осуществления, расстояние между первой областью 807 поверхности и второй областью 805 поверхности составляет, по меньшей мере, 1 см, 2 см, 3 см или даже 5 см. Такие значительные глубины могут обеспечить очень эффективную тепловую изоляцию и защиту. В самом деле, как правило, можно сделать возможным, чтобы очень горячие нагревательные элементы были термически изолированы от термически чувствительных рабочих поверхностей. Однако, связанный с этим недостаток заключается в том, что прямое соединение между передатчиком мощности и приемником мощности может быть существенно уменьшено, что приведет к увеличению потерь мощности и т.д. В описанном подходе эти недостатки смягчаются тепловым барьером, содержащим ретранслятор 803 мощности.
В частности, ретранслятор 803 мощности выполнен с возможностью концентрировать энергию второго электромагнитного сигнала в направлении первой области поверхности. В частности, ретранслятор 803 мощности может эффективно выступать в качестве магнитной линзы, которая концентрирует поток от второго электромагнитного сигнала для того, чтобы предоставить первый электромагнитный сигнал. Ретранслятор 803 мощности достигает концентрации магнитного поля с помощью резонансного контура, генерирующим колебания с током, индуцированным вторым электромагнитным сигналом. Фактически резонансный контур соединяется с передатчиком мощности и с приемником мощности, что таким образом, приводит к магнитному потоку от передатчика мощности, этот поток концентрируется, когда подается на приемник мощности. Подход может обеспечить общее соединение между катушкой, передающей мощность, и катушкой, принимающей мощность/ приемным элементом, которое будет определяться расстояниями между катушкой, передающей мощность, и ретранслятором мощности и между ретранслятором мощности и катушкой/элементом, принимающей мощность, а не общим расстоянием катушкой, передающей мощность, и катушкой/элементом, принимающей мощность.
Резонансный контур может эффективно преодолеть расстояние между передающей катушкой и катушкой, принимающей мощность, (нагревательным элементом) посредством создания резонанса с частотой сигнала мощности или близкой к ней, генерируемой передатчиком мощности. Резонансная частота frepeater резонансного контура может быть определена индуктором Lrep и конденсатором Crep, используя следующую формулу:
frepeater=
Значение индуктивности Lrep резонансного контура может быть измерено в воздухе без того, чтобы вблизи был приемник мощности или передатчик мощности. Типичные значения для Lrep и Crep могут составлять 200 мкГн и 200 нФ соответственно, что приводит к резонансной частоте frepeater 25 кГц. Однако, следует иметь в виду, что конкретные значения будет зависеть от конкретных вариантов осуществления конкретной резонансной частоты.
Когда резонансная частота резонансного контура правильно настраивается на частоту сигнала мощности, резонансный ток Irep индуцируется в резонансном контуре. При выполнении этого условия, силовые линии магнитного поля внутри области контура точно совпадают по фазе с линиями магнитного поля, создаваемого передатчиком мощности. Как следствие, магнитные силовые линии от передатчика мощности направляются в направлении приемника мощности.
На ФИГ. 9 показан вид трехмерного изображения реализации приемника мощности/резонансного контура 803. Типичные диаметры индуктора могут находиться в диапазоне 10 см - 25 см.
Таким образом, система предоставляет средства для использования теплового барьера для обеспечения тепловой изоляции и защиты между передатчиком мощности и приемником мощности при этом снижая и смягчения воздействие на передачу мощности. В частности, увеличение расстояния между передатчиком мощности и приемником мощности, необходимое для создания теплового барьера, преодолевается ретранслятором в пределах объема теплового барьера.
В примере, первая область 807 поверхности и вторая область поверхности 805 находятся на противоположных поверхностях теплового барьера 801, т.е. они противоположны друг другу. Однако, следует иметь в виду, что в то время как это может иметь практическое применение во многих сценариях, геометрическая взаимосвязь между поверхностями может отличаться в других вариантах осуществления.
Точно так же, в примере вторая область 805 поверхности расположена так, чтобы позволить тепловому барьеру 801 контактировать и, в частности, опираться на передатчик мощности/столешницу. Аналогично первая область 807 поверхности выполнена с возможностью принимать приемник мощности, который, в частности, является нагревательным прибором. Первая область 807 поверхности может быть, в частности, такова, чтобы приемник мощности опирался на нее при приведении в действие. Кроме того, в примере, первая область 807 поверхности и вторая область 805 поверхности обе, по существу, горизонтальны при использовании. Однако, следует иметь в виду, что в других вариантах осуществления поверхности могут иметь другие характеристики и соединяться с передатчиком мощности и приемником мощности другими способами.
В описанном примере, тепловой барьер может отсоединяться от передатчика мощности и приемника мощности, и в частности, тепловой барьер является отдельным объектом в составе передатчика мощности и приемника мощности. Это может сделать возможным гибкое использование теплового барьера и различные его применения. Например, это может позволить реализовать тепловой барьер в виде подставки, который можно разместить в местах подвода мощности зоны приготовления кухни, когда они используются с нагревательными приборами.
Однако, в некоторых вариантах осуществления тепловой барьер сам может быть частью приемника мощности. Таким образом, данный нагревательный может прибор может включать в себя как нагревательный элемент, так и тепловой барьер, содержащий ретранслятор мощности. Например, чайник может иметь тепловой барьер, расположенный в нижней части с нагревательным элементом, который расположен на верхней части теплового барьера. Это может позволить располагать чайник на неустойчивой к нагреву поверхности, не повреждая его, при этом позволяя, например, одновременно кипятить воду.
Пример системы беспроводной передачи мощности, использующей такой прибор, показан на ФИГ. 10.
В примере передатчик 101 мощности расположен в зоне приготовления кухонной столешницы. Передатчик 101 мощности генерирует переменное поле, создаваемое магнитным потоком. Чайник 1001 располагается на зоне приготовления над передатчиком 101 мощности. Часть магнитного потока достигает нагревательный элемент, который в примере контактирует с первой область 807 поверхности. Это вызывает вихревые токи в нагревательном элементе в результате чего она становится горячей позволяя воде нагреваться. Благодаря присутствию теплового барьера 801, столешница 109 защищена от возможного повреждения из-за тепла, генерируемого в нагревательном элементе.
Однако, благодаря присутствию теплового барьера 801, расстояние между передающей катушкой 105 и нагревательным элементом увеличивается. Для того чтобы принять меры по этой проблеме, ретранслятор 803 мощности включается в состав теплового барьера 801, который является составной частью чайника 901. Ретранслятор 803 мощности затем эффективно преодолевает зазор между передающей катушкой 105 и нагревательным элементом.
В некоторых вариантах осуществления тепловой барьер также может быть выполнен с возможностью управления уровнем энергии второго электромагнитного сигнала. В частности, он может управлять электромагнитным потоком/напряженностью электромагнитного поля в приемнике мощности на основе информации о значении измерения температуры.
В частности, как показано на ФИГ. 11, тепловой барьер 801 может включать в себя контроллер 1101 для управления амплитудой/ уровнем энергии первого электромагнитного сигнала в ответ на значение измерения температуры. Контроллер 1101 выполнен с возможностью изменения уровня энергии, адаптируя свойство резонансного контура. Свойством в большинстве вариантов осуществления может являться резонансная частота резонансного контура, но в других вариантах осуществления, например, также может быть, например, затуханием или потерями резонансного контура (т.е. Q контура). Контроллер 1101 может, в частности, быть выполнен с возможностью изменения эффективной индуктивности, емкости или сопротивления резонансного контура.
В частности, концентрация и ретрансляция энергии ретранслятором 803 мощности является самой сильной, когда резонансная частота является такой же, как у второго электромагнитного сигнала и, когда нет потерь в резонансном контуре. Однако, отклонение от этих значений ведет к тому, что магнитный поток и напряженность магнитного поля уменьшаются в приемнике мощности. Таким образом, посредством изменения резонансной частоты (или потерь/затухания), мощность, которая может быть/будет извлечена, снижается. Например, количество вихревых токов и таким образом нагревание нагревательного элемента может управляться контроллером 1101.
Таким образом, в некоторых вариантах осуществления контроллер 1101 может изменять мощность, передаваемую в направлении приемника мощности, управляя поведением ретранслятора 803 мощности, например, изменяя индуктивность, емкость или величину сопротивления в ретрансляторе 803 мощности.
На поведение ретранслятора 803 мощности с точки зрения его способности направлять силовые линии в направлении приемника 111 мощности может влиять контроллер 1101, например, посредством изменения индуктивности Lrep, емкости Crep или величины сопротивления для резонансного контура. Изменение один или несколько из этих параметров будет изменять настройки (или Q) резонансного контура, и вместе с этим на его способность направлять силовые линии. Таким образом, это дает (дополнительный) способ управления передачей мощности приемнику мощности, и, например, конкретно управления нагреванием нагревательного элемента. Это управление может осуществляться в дополнение к другим механизмам управления или может быть единственным элементом управления. Например, это может быть дополнительным средством управления в дополнение к обычной модификации амплитуды или частоты сигнала мощности, генерируемого передатчиком мощности.
Контроллер 1101 соединен с приемником 1103 для измерения температуры, который выполнен с возможностью принимать значения измерения температуры. Измерения температуры во многих вариантах осуществления могут указывать температуру части приемника 111 мощности и часто могут указывать температуру нагревательного элемента 201. В некоторых вариантах осуществления приемник 1103 для измерения температуры может быть выполнен с возможностью принимать измерения температуры от внешнего источника, такого как, например, приемник 111 мощности. В других вариантах осуществления приемник 1103 для измерения температуры может быть выполнен с возможностью принимать измерения температуры от внутреннего источника, такого как, например, датчик температуры, являющийся частью теплового барьера 801.
Приемник 1103 для измерения температуры выполнен с возможностью доставлять значение(я) измерения температуры контроллеру 1101, и контроллер 1101 выполнен с возможностью управления уровнем первого электромагнитного сигнала, на основании принятого значения измерения температуры. В частности, контроллер (1101) выполнен с возможностью уменьшения уровня первого электромагнитного сигнала при увеличении значений измерений температуры.
В некоторых вариантах осуществления управление может быть плавным управлением, таким, что уровень первого электромагнитного сигнала постепенно уменьшается при повышении температуры. Это может смещать первый электромагнитный сигнал в сторону уменьшения мощности, которая поступает в приемник мощности, когда измеренная температуры повышается, и может таким образом обеспечить управление температурой или ее стабилизацию.
В некоторых вариантах осуществления управление может быть менее плавным, и, в частности, может быть нелинейной зависимостью между температурой и уровнем первого электромагнитного сигнала.
В качестве конкретного примера, в некоторых вариантах осуществления контроллер 1101 может быть выполнен с возможностью обнаружения того, что значение измерения температуры показывает температуру выше заданного порогового значения. Это может соответствовать обнаружению того, что температура превышает безопасный уровень и что это потенциально может привести к повреждению. Таким образом, контроллер 1101 может перейти к изменению характеристик резонансного контура так, что резонансный контур не будет концентрировать энергию в направлении приемника мощности, и в частности, таким образом, что он будет активно уменьшать и блокировать передачу энергии в направлении приемника мощности. Это может быть сделано, например, путем закорачивания Crep резонансной емкости, что приведет к тому, ретранслятор 803 мощности будет не ретранслировать передачу мощности в направлении приемника 111 мощности, а эффективно уменьшать ее. Поток через первую область поверхности таким образом уменьшится по сравнению с тем, что было бы, если температура не превышала порог.
Таким образом, тепловой барьер 801 может таким образом ввести дополнительное управление температурой, и может, в частности, ввести дополнительный признак безопасности, когда перегрев можно обнаружить и это обнаружение может привести к снижению мощности на приемник 111 мощности и таким образом к уменьшению температуры.
Следует иметь в виду, что в некоторых вариантах осуществления снижение уровня может непосредственно следовать за температурой, и, например, что уровень может быть увеличен снова, когда значение измерения температуры указывает на то, что температура упала ниже порогового значения (или другого порога, например, введения гистерезиса). В других вариантах осуществления уменьшение может иметь, например, запирающий эффект. Например, если обнаружена ситуация перегрева (а именно, если обнаружено, что значение измерения температуры превышает значение), то контроллер 1101 может перейти к уменьшению уровня, а именно блокировать концентрацию мощности в направлении приемника 111 мощности в максимально возможной степени. Тепловой барьер 801 может оставаться в этом режиме, даже если значение измерения температуры опускается ниже порогового значения, и, возможно, например, оставаться в режиме блокировки до тех пор, пока не будет принят пользовательский ввод. Например, если обнаружен перегрев теплового барьера 801, контроллер 1101 может изменить свойства резонансного контура с тем, чтобы блокировать передачу мощности, включить предупредительный световой сигнал, и ждать, пока не будет нажата кнопка. Только тогда, когда пользователь нажмет на кнопку, тепловой 801 барьер вернется в нормальный режим эксплуатации.
Тепловой барьер 801 может таким образом обеспечить дополнительную функцию и в частности может предоставить дополнительное обеспечение безопасности во многих вариантах осуществления. Кроме того, эта операция может не зависеть от прямого управления передачей мощности между приемником мощности и передатчиком мощности. Например, приемник мощности и передатчик мощности могут быть выполнены с возможностью осуществлять передачу мощности в соответствии со спецификацией Qi передачи мощности без какого-либо учета или несомненного знания присутствует тепловой барьер или нет. Однако, вставляя тепловой барьер 801 между приемником мощности и передатчиком мощности, можно достичь повышенной защиты материала поверхности передатчика мощности. Кроме того, во время нормальной передачи мощности, ретранслятор 803 мощности обеспечивает повышение эффективности, в то время как защита от перегрева вводит обнаружение перегрева, которое может блокировать передачу мощности. Эти дополнительные функции могут быть обеспечены без каких-либо изменений в работе приемника мощности и передатчика мощности и, таким образом, подход дает высокую совместимость с предшествующими системами.
Перегрев может произойти, например, из-за сбоя при взаимодействии между приемником мощности и передатчиком мощности. Например, ошибки в данных управления мощностью могут привести к тому, что мощность предоставляемого магнитного сигнала буде слишком большой. Функциональность теплового барьера, позволяющая принимать меры, связанные с перегревом, может соответствующим образом обеспечить более надежную и потенциально безопасную работу. В частности, это может в некоторых вариантах осуществления предотвратить отказы системы вследствие отказа одного элемента в результате воздействия высоких температур.
Другой пример, тепловой барьер 801 может быть выполнен с возможностью блокировки передачи мощности, если значение измерения температуры указывает температуру поверхности приемника мощности, которая вступает в контакт с первой областью 807 поверхности, выше порогового значения, установленного так, чтобы соответствовать температуре, которую может выдержать материал теплового барьера 801. Таким образом, тепловой барьер 801 может включать в себя функцию самозащиты, которая гарантирует, что приемник мощности не повредит поверхность теплового барьера 801.
В некоторых вариантах осуществления контроллер 1101 может быть также выполнен с возможностью повышения уровня первого электромагнитного сигнала при уменьшении значений измерения температуры. Например, если значение измерения температуры указывает температуру, которая ниже требуемого заданного значения, контроллер 1101 может быть выполнен с возможностью изменения свойства таким образом, что уровень первого электромагнитного сигнала увеличивается и мощность, которая передается, увеличивается. В частности, если резонансный контур ранее был изменен так, чтобы блокировать передачу мощности из-за обнаружения ситуации перегрева, обнаружение того, что температура упала ниже заданного порогового значения, может привести к тому, что контроллер 1101 вернет резонансный контур назад к нормальной работе, когда эффект ретранслирования мощности максимальный.
Уровень первого электромагнитного сигнала можно считать тем же самым, что и, например, величина потока, проходящего через первую область 807 поверхности, плотность потока для первой области 807 поверхности и/или мощность или уровень амплитуды первого электромагнитного сигнала.
Снижение уровня первого электромагнитного сигнала может быть под управлением контроллера 1101, уменьшающего плотность магнитного потока первого электромагнитного сигнала для первой области поверхности по отношению к плотности магнитного потока второго электромагнитного сигнала для второй области поверхности при увеличении значений измерений температуры. Контроллер 1101 может в частности изменить свойство, чтобы уменьшить соотношение между вторым уровнем второго электромагнитного сигнала и первым уровнем первого электромагнитного сигнала при увеличении значений измерения температуры.
Таким образом, путем изменения свойства резонансного контура, плотность потока, и соответственно полный поток, и мощность электромагнитного поля через первую область 807 поверхности могут быть уменьшены для постоянного электромагнитного поля, генерируемого передатчиком 101 мощности. Таким образом, величина концентрации второго электромагнитного сигнала/поля в первом электромагнитном сигнале/поле зависит от характеристик резонансного контура. Изменение свойства резонансного контура может соответственно достичь того, что даже если не возникает изменения электромагнитного сигнала, генерируемого передатчиком 101 мощности (например, передатчик мощности по-прежнему выдает ту же мощность), уровень электромагнитного сигнала/поле, который проходит через первую область 807 поверхности, чтобы достичь приемника 111 мощности (например, нагревательный плиты 201) может быть уменьшен.
В частности, контроллер 1101 может уменьшить поток через индуктор L и, таким образом, через первую область 807 поверхности, путем изменения резонансной частоты в сторону от резонансных частот резонансного контура приемника мощности, резонансного контура передатчика мощности, и/или от частоты второго электромагнитного сигнала. Как правило, чем ближе резонансные частоты друг к другу, тем сильнее будет первый электромагнитный сигнал, т.е. мощность первого электромагнитного сигнала через первую область 807 поверхности будет увеличиваться по мере сближения резонансных частот также друг к другу. Кроме того, чем ближе резонансная частота к частоте второго электромагнитного сигнала, тем сильнее первый электромагнитный сигнал будет проявляться.
В некоторых вариантах осуществления конденсатор Crep может быть эффективно реализован как конденсатор переменной емкости, управляемый контроллером 1101.Таким образом, контроллер 1101 может изменить емкость конденсатора, и таким образом резонансную частоту резонансного контура для того, чтобы снизить уровень первого электромагнитного сигнала. Как конкретный пример, контроллер 1101 может отключить или закоротить конденсатор, тем самым эффективно останавливая резонанс резонансного контура на частотах, близких к резонансным частотам резонансных контуров приемника мощности и передатчика мощности. Это позволит эффективно остановить передачу мощности/эффект ретранслятора теплового барьера 801 по отношению к приемнику мощности. Таким образом путем отключения или закорачивания конденсатора в ответ на обнаружение значения измерения температуры превышающего пороговое значение, тепловой барьер 801 может блокировать большую часть ретрансляции/передачи мощности. Фактически тепловой барьер 801 может отключить подачу мощности приемнику мощности выступая как электромагнитный барьер для передачи мощности, например, путем закорачивания катушки ретранслятора. Таким образом, особенно привлекательный способ модификации резонансной частоты резонансного контура может во многих вариантах осуществления состоять в закорачивании или отключении конденсатора с помощью переключателя, как показано на ФИГ. 12.
В случае закорачивания конденсатора, функция резонансного контура внутри теплового барьера изменяется от направления магнитного поля в направлении приемника мощности/первой области поверхности на блокирование магнитного поля в направлении приемника мощности/ первой области поверхности. Это приводит к изменению поля, которое воздействует на приемник мощности, и, следовательно, к изменению выработки тепла в нагревательном элементе.
Это может обеспечить очень эффективное и быстрое уменьшение количества мощности, которое подается на приемник мощности, и может, например, использоваться для очень быстрого снижения мощности в случае обнаружения ситуации ошибки, например, самим тепловым барьером.
При отсоединении конденсатора функция резонансного контура внутри теплового барьера изменяется от направления магнитного поля в направлении приемника мощности кастрюли на уменьшение напряженности магнитного поля вблизи приемника мощности. Это приводит к сценарию, который соответствует сценарию, в котором нет ретранслятора мощности. Если ток через катушку, передающую мощность, не изменяется, поле, которое воздействует на приемник мощности будет уменьшаться и таким образом уменьшится выработка тепла нагревательным элементом. Подход может, например, использоваться в качестве дополнительного средства управления для быстрого снижения выработки тепла в приборе, например, если целевая температура достигнута, например, если вода кипит.
Контроллер 1101 может в некоторых вариантах осуществления находиться под управлением приемника мощности. Приемник мощности может предоставлять управляющие данные контроллеру 1101, который может приступить к адаптации поведения резонансного контура в ответ на эти управляющие данные.
Например, приемник мощности может содержать датчик температуры, который может измерять температуру части работающего прибора, такую как, например, температура нагревательного элемента 201. Приемник мощности может сообщить о ней передатчику мощности через соответствующий канал передачи данных (как например предусмотренный для систем передачи мощности с Qi). Однако время отклика для такой операции, как правило, относительно большое и вносит существенную задержку перед тем как система отреагирует на перегрев.
В таких вариантах осуществления, приемник мощности может при обнаружении перегрева предоставить управляющий сигнал на тепловой барьер, который предписывает барьеру уменьшить мощность, подаваемую на приемник мощности в максимально возможной степени. Это предписание может быть подано контроллеру, который в ответ может приступить к замыканию переключателя S1 для того, чтобы замкнуть накоротко конденсатор.
Это даст очень короткое время отклика и весьма существенное уменьшение мощности, доступной приемнику мощности. Таким образом, нагревание уменьшится и сценарий перегрева будет подавлен. Таким образом, этого можно достичь без привлечения передатчика мощности.
Перегрев может произойти, например, из-за сбоя при взаимодействии между приемником мощности и передатчиком мощности. Например, ошибки в данных управления мощностью могут привести к тому, что мощность предоставляемого магнитного сигнала буде слишком большой. Функциональность теплового барьера, позволяющая принимать меры, связанные с перегревом, может соответствующим образом обеспечить более надежную и потенциально безопасную работу. В частности, это может в некоторых вариантах осуществления предотвратить отказы системы вследствие отказа одного элемента в результате воздействия высоких температур.
В случае, когда тепловой барьер 801 является составной частью прибора, как на Фигуре 10, прибор может предоставлять управляющие данные контроллеру 1101 посредством проводного соединения, чтобы реализовать быстрый механизм управления.
В других вариантах осуществления, в которых тепловой барьер 801 не является составной частью прибора, тепловой барьер может включать в себя приемник данных, соединенный с контроллером 1101, причем приемник выполнен с возможностью приема управляющих данных от приемника мощности, и приемник мощности может включать в себя передатчик данных, который может передавать данные тепловому барьеру. Это может быть достигнуто, например, с помощью блоков связи Bluetooth или NFC в приемнике мощности и тепловом барьере.
В некоторых вариантах осуществления контроллер 1101 может дополнительно или альтернативно находиться под управлением ввода от пользователя, полученного от пользовательского интерфейса самого теплового барьера 801. В частности, тепловой барьер 801 может содержать пользовательский интерфейс, позволяющий пользователю, например, установить максимальный уровень мощности. Уровень мощности может быть установлен, например, с помощью нажатия пользователем кнопки, когда считается, что прибор работает на самом высоком приемлемом уровне мощности. Ток в резонансном контуре может быть измерен и сохранен. В будущих операциях ток резонансного контура может постоянно измеряться и сравниваться с сохраненным значением. Если оно превышает сохраненное значение, контроллер 1101 может перейти к изменению резонансной частоты или ввести затухание (сопротивление, потери) в резонансный контур с целью снижения эффективности ретранслятора мощности.
Во многих вариантах осуществления, приемник 1103 может быть выполнен с возможностью принимать значение измерения температуры от приемника 111 мощности. Таким образом, приемник 1103 может принимать управляющие данные в виде значений измерения температуры от приемника 111 мощности. Значение измерения температуры может, например, генерироваться с помощью датчика температуры, измеряющего температуру нагревательного элемента 201 и может быть передано в приемник 1103 с помощью любого подходящего подхода к связи, включающего в себя, например, модуляцию нагрузкой первого электромагнитного сигнала или с помощью отдельной линия связи, такой как линия связи NFC или BluetoothTM.
Значения измерения температуры могут быть переданы с подходящей частотой обновления, зависящей от конкретных предпочтений и требований конкретного варианта осуществления. Например, во многих вариантах осуществления, новые значения измерения температуры могут генерироваться, например, каждые 1-5 секунд.
В некоторых вариантах осуществления тепловой барьер 801 может сам включать в себя защиту от перегрева. Например, тепловой барьер 801 может включать в себя датчик температуры, соединенный с приемником 1103. Датчик температуры может быть установлен, например, очень близко к первой области 807 поверхности или в контакте с ней. Таким образом, датчик температуры может эффективно измерять температуру первой области 807 поверхности, и тем самым косвенно температуру, например, нагревательного элемента 201 приемника мощности.
Значения измерения температуры (получены ли от внутреннего или внешнего источника) могут подаваться из приемника 1103 к контроллеру 1101, который может непрерывно сравнивать измеренную температуру с температурой, например, которая считается приемлемой для приемника 111 мощности или для теплового барьера 801. Если этот предел превышен, контроллер 1101 может перейти к реагированию путем изменения поведения резонансного контура, например, путем закорачивания конденсатора.
В некоторых вариантах осуществления датчик температуры может быть установлен на второй области 805 поверхности или вблизи нее, и таким образом может измерять температуру контактной поверхности столешницы. Контроллер 1101 может сравнивать эту температуру с опорной температурой, которая считается максимально допустимой без повреждения столешницы. Если эта температура превышена, контроллер 1101 может перейти к реагированию путем изменения поведения резонансного контура, например, путем закорачивания конденсатора.
Как было описано выше, если датчик температуры генерирует значение измерения температуры, которое, например, превышает заданный порог, контроллер 1101 может перейти к изменению характеристики резонансного контура таким образом, чтобы уменьшить уровень первого электромагнитного сигнала, т.е. мощность, подаваемая на нагревательный элемент 201, автоматически уменьшается. Во многих вариантах осуществления мощность, передаваемая приемнику 111 мощности, может быть эффективно заблокирована, если датчик температуры в тепловом барьере 801 измеряет температуру, превышающую порог, обеспечивая тем самым отдельную и независимую защиту от перегрева, которая в частности может защитить поверхность передатчика мощности или поверхность теплового барьера 801 от повреждения из-за чрезмерного нагрева приемником 111 мощности.
Во многих вариантах осуществления тепловой барьер может включать в себя пользовательский интерфейс, позволяющий пользователю, например, устанавливать опорные или пороговые значения температуры первой области 807 поверхности и/или второй области 805 поверхности.
В таких примерах тепловой барьер 801 может обнаружить, что, например, происходит сбой при взаимодействии между приемником мощности и передатчиком мощности, приводящий к перегреву.
Например, если произошла ошибка при взаимодействии между передатчиком мощности и приемником мощности для сценария, в котором мощность подается на чайник, может иметь место существенная задержка прежде, чем это будет обнаружено и передатчик мощности примет меры. Это может привести, например, к перегреву чайника или выпариванию досуха. Однако, функция управления теплового барьера 801 может обнаружить это и перейти к нарушению резонансной частоты резонансного контура.
Следует иметь в виду, что точный подход и управление уровнем первого электромагнитного сигнала в зависимости от значений измерения температуры может зависеть от предпочтений и требований конкретного варианта осуществления, и в частности, от требуемых рабочих характеристик.
Как было описано выше, контроллер 1101 может быть выполнен с возможностью сравнивать значение измерения температуры с пороговым значением температуры и снижать уровень первого электромагнитного сигнала, если значение измерения температуры превышает пороговое значение температуры. Резонансный контур может в частности работать с данными характеристиками, и в частности с заданной резонансной частотой, до тех пор, пока значение измерения температуры находятся ниже порогового значения. В этом режиме работы резонансный контур может обеспечить заданную концентрацию мощности второго электромагнитного сигнала в первый электромагнитный сигнал, и может, как правило, стремиться максимизировать соотношение между мощностью первого электромагнитного сигнала и второго электромагнитного сигнала. Управление мощностью первого электромагнитного сигнала может быть достигнуто с использованием обычной операции, такой как например с помощью операции, аналогичной спецификации Qi, и в частности посредством приемника 111 мощности, непосредственно передающего сообщения управления мощностью передатчику 101 мощности, тем самым реализуя контур управления мощностью.
Однако если значение измерения температуры возрастает выше порогового значения, обнаруживается соответствие, например, сценарию перегрева, контроллер 1101 может перейти к изменению свойств резонансного контура, так что мощность первого электромагнитного сигнала снижается, даже если мощность второго электромагнитного сигнала не изменяется или потенциально даже если она увеличивается (например, из-за того, что приемник 111 мощности ошибочно передает запросы на повышение мощности передатчику 101 мощности). Контроллер 1101 может в частности стремиться заблокировать передачу мощности приемнику 111 мощности в максимально возможной степени, и может, например, может закоротить или отключить конденсатор резонансного контура.
Во многих вариантах осуществления, контроллер 1101 может быть выполнен с возможностью управления уровнем первого электромагнитного сигнала, через управление максимально допустимым уровнем для первого электромагнитного сигнала. Максимально допустимый уровень может быть уровнем первого электромагнитного сигнала, уровень которого контроллер 1101 не позволит превысить. Таким образом, если контроллер 1101 обнаруживает, что уровень первого электромагнитного сигнала увеличивается выше максимального допустимого уровня, он переходит к изменению резонансного контура с тем, чтобы снизить уровень. Таким образом контроллер 1101 выполнен с возможностью модифицировать резонансный контур, чтобы снизить уровень первого электромагнитного сигнала, если он увеличивается выше максимально допустимого уровня. Однако если уровень ниже максимально допустимого уровня, контроллер 1101 может во многих вариантах осуществления оставлять резонансный контур без изменений и в частности может установить его так, чтобы обеспечить максимальную передачу мощности.
В вариантах осуществления, в которых контроллер 1101 выполнен с возможностью управления резонансным контуром для поддержания уровня первого электромагнитного сигнала ниже максимально допустимого уровня, он может быть дополнительно выполнен с возможностью устанавливать максимально допустимый уровень как функцию значения измерения температуры. В частности, это может уменьшить максимально допустимый уровень в ответ на возрастающую величину значения измерения температуры. Таким образом, при повышении температуры, контроллер 1101 может изменять максимально допустимый уровень. Такой подход может предотвратить, например, отклонение температуры и может, например, постепенно снижать максимальную мощность, которая может быть индуцирована в нагревательной плите 201 при повышении температуры.
В некоторых вариантах осуществления контроллер 1101 может быть выполнен с возможностью сравнивать значение измерения температуры с пороговым значением температуры и установить максимально допустимый уровень в зависимости от того, превышает ли значение измерения температуры порог или нет.
В частности, если значение измерения температуры превышает пороговое значение, то максимально допустимый уровень устанавливается на более низкое значение, чем если оно не превышает пороговое значение.
Максимально допустимый уровень может во многих сценариях быть значительно ниже для значений измерения температуры выше порогового значения, чем ниже этого значения. Действительно, во многих вариантах осуществления, максимально допустимый уровень, когда значение измерения температуры превышает пороговое значение температуры, может быть не более, чем 5%, 10% или 20% от максимально допустимого уровня, когда значение измерения температуры не превышает пороговое значение температуры (точное значение может зависеть от конкретного применения).
Такой подход может, например, обеспечивают очень эффективную защиту от перегрева. В частности, до тех пор, пока значение измерения температуры остается ниже порога обнаружения перегрева, максимально допустимый уровень может быть установлен на высокий уровень. Высокий уровень может даже быть установлен выше, чем тот, который может быть сгенерирован передатчиком 101 мощности, т.е. может не быть никаких ограничений мощности резонансным контуром для любого уровня мощности в этом случае. Во многих случаях, если нет никакого ограничения максимальной мощности, когда значение измерения температуры находится ниже порогового значения, можно считать, что максимально допустимый уровень соответствует максимальному уровню мощности, который указывается приемником мощности, или максимальному уровню мощности, который может быть обеспечен передатчиком 101 мощности. Это может сделать возможным нормальный режим эксплуатации и в частности, может поддерживать устройства большой мощности, такие как чайник или кастрюля.
Однако, если значение измерения температуры поднимается выше порогового значения, контроллер 1101 может перейти (обычно быстро) к изменению резонансного контура таким образом, что теперь он эффективно блокирует передачу мощности. Таким образом, если обнаруживается перегрев, контроллер 1101 блокирует питание таким образом, что температура снижается и происходит принятие мер по сценарию перегрева.
Уровень первого электромагнитного сигнала может быть измерен, например, как ток, напряжение или мощность резонансного контура. Таким образом, во многих вариантах осуществления, максимально допустимый уровень может быть представлен максимальным током, напряжением или мощностью резонансного контура. Например, во многих вариантах осуществления, максимально допустимый уровень может быть представлен током индуктора резонансного контура, и таким образом контроллер 1101 может быть выполнен с возможностью измерения тока через индуктор L и чтобы сравнивать его с максимально допустимым током. Если измеренный ток превышает максимально допустимый ток, контроллер 1101 может перейти к изменению, например, резонансной частоты резонансного контура таким образом, что ток индуктора уменьшается.
Способность резонансного контура направлять силовые линии в направлении чайника/приемника мощности может быть уменьшена, например, посредством короткого замыкания или отсоединения конденсатора Crep с помощью переключателя S1. Если с помощью датчика температуры обнаруживается повышенная температура, блок управления замыкает (или размыкает) переключатель S1 чтобы закоротить (или отключить) конденсатор Crep.
Подход может таким образом обеспечить дополнительный уровень дублирования в обнаружении ошибочных ситуаций.
В некоторых вариантах осуществления контроллер 1101 может быть выполнен с возможностью адаптации резонансной частоты резонансного контура так, чтобы она соответствовала частоте второго электромагнитного сигнала. Эта операция может быть выполнена, например, когда значение измерения температуры указывает на температуру, которая ниже порогового уровня, такую как при нормальном режиме эксплуатации. Таким образом, до тех пор, пока температура не превышает пороговое значение, контроллер 1101 может переходить к адаптации резонансного контура, чтобы обеспечить, например, оптимальную передачу мощности. Однако, если определяется значение измерения температуры, превышающее порог, на смену приходит безопасность эксплуатации и контроллер 110 может изменить резонансный контур, например, чтобы блокировать передачу мощности приемнику мощности.
Например, при нормальном режиме эксплуатации контроллер 1101 может быть выполнен с возможностью изменения емкости конденсатора таким образом, что резонансная частота меняется. Контроллер 1101 может непрерывно контролировать ток через индуктор/конденсатор (например, среднее абсолютное, амплитудное или максимальное значение) и регулировать емкость чтобы максимизировать ток. Это может обеспечить автоматическую адаптацию ретранслятора 803 мощности к рабочей частоте для оптимизации передачи мощности от передатчика мощности приемнику мощности.
Как правило, на ретранслятор резонансной частоты резонансного контура влияют, например, различия между компонентами, коэффициенты соединения между передатчиком мощности, резонансным контуром и приемником мощности, наличие феррита, например в передатчике мощности, существование резонансного контура внутри передатчика мощности и т.д. Таким образом, желаемый эффект резонансного контура, резонирующего на частоте сигнала мощности, во многих вариантах осуществления улучшается с помощью теплового барьера, который выполнен с возможностью динамической адаптации резонансной частоты для компенсации таких эффектов.
Особенно привлекательным подходом для адаптации или модификации резонансной частоты резонансного контура во многих вариантах осуществления состоит во временном закорачивании конденсатора для части каждого цикла, по крайней мере, для нескольких циклов второго электромагнитного сигнала. В частности, это может обеспечить эффективное плавное изменение емкости.
В частности, подход может эффективно предоставлять переменную емкость, которую можно использовать, чтобы обеспечить относительно тонкую настройку резонансной частоты.
В качестве конкретного примера, контроллер 1101 может измерять переменное напряжение на конденсаторе в то время как переключатель S1 (параллельный с конденсатором) открыт. При замыкании переключателя S1 в течение части периода сигнала после того, как напряжение на S1 достигает нуля (так называемое отключение при нуле напряжения), емкость контура может в действительности возрастать. Как следствие, резонансная частота резонансного контура может постепенно уменьшаться.
В качестве примера, на ФИГ. 13 показано напряжение на Crep, ток через Lrep, ток через Crep и ток через S1, который параллелен Crep для трех различных режимов работы. В примере значение Crep выбрано как 60% от значения, при котором контур ретранслятора будет иметь свой собственный резонанс.
В первом режиме (верхнее изображение) переключатель S1 разомкнут. Поэтому ток через S1 не течет.
Во втором режиме (среднее изображение) переключатель S1 замкнут в течение 1,7 мкс после того, как напряжение на Crep достигает нуля. В течение этого времени S1 временно подавляет зарядку Crep в то время как он поддерживает протекание тока через Lrep. Как следствие резонансная частота контура ретранслятора смещается ближе к частоте сигнала мощности. Это приводит к большему току через контур ретранслятора.
В третьем режиме переключатель S1 замкнут в течение 3,25 мкс после того, как напряжение на Crep достигает нуля. Результатом является то, что контур ретранслятора резонирует на частоте сигнала мощности, что приводит к тому, что через цепь ретранслятора проходит очень большой ток.
В некоторых вариантах осуществления тепловой барьер 801 может кроме того быть выполнен с возможностью передачи данных передатчику мощности посредством изменения свойства резонансного контура.
Действительно, изменение емкости, индуктивности или сопротивления резонансного контура приводит к изменению магнитного поля, которое отражается обратно на катушку, передающую мощность. Передатчик мощности может обнаружить это изменение, например, как изменение импеданса в передающей катушке.
Таким образом, в некоторых вариантах осуществления тепловой барьер 801 может содержать блок связи, который может изменить свойство резонансного контура в ответ на данные, которые он хочет передать. Например, бит может быть передан с помощью блока связи, временно слегка изменяя резонансную частоту со степенью изменения в зависимости от того, является бит «0» или «1». Передатчик мощности может обнаружить изменение как изменение импеданса передающей катушки со степенью изменения, соответственно зависящей от того, является бит «0» или «1». Модуляция и демодуляция таких данных может также следовать технике подобной той, что определена для линии связи между приемником мощности и передатчиком мощности.
Система может таким образом обеспечить, например, дополнительную связь в системе беспроводной передачи мощности таким образом, что связь будет не только между приемником мощности и передатчиком мощности, но также может быть между тепловым барьером и передатчиком мощности. Это может, в частности, обеспечить дополнительные функциональные возможности, и даже может сделать возможным то, что тепловой барьер будет также управлять предоставляемой передаваемой мощностью.
Например, если тепловой барьер содержит датчик температуры для измерения температуры второй областью поверхности, контактирующей с кухонной столешницей, тепловой барьер может не только изменить резонансный контур, чтобы блокировать передачу мощности, но также может передавать управляющий сигнал передатчику мощности, если эта температура превышает заданный предел. В ответ передатчик мощности может приступить к сокращению передаваемой мощности для того, чтобы уменьшить риск перегрева. Таким образом, тепловой барьер может обеспечить дополнительное дублирование в управлении подводом мощности и в частности в предотвращении перегрева, который может привести к повреждению столешницы. В частности, добавленную связь можно использовать, чтобы позволить тепловому барьеру управлять передаваемой мощностью от передатчика мощности так, что перегревания самого теплового барьера не происходит.
В некоторых вариантах осуществления тепловой барьер может включать в себя пользовательский интерфейс для пользователя, чтобы обеспечить ввод данных пользователем, и тепловой барьер может генерировать данные для передатчика мощности в ответ на этот ввод пользователя. В некоторых вариантах осуществления входные данные пользователя могут непосредственно передаваться передатчику мощности, тем самым позволяя тепловому барьеру тем самым добавить (дополнительный) пользовательский интерфейс передатчику мощности. В других вариантах осуществления тепловой барьер не может непосредственно передавать пользовательские данные передатчику мощности, но вместо этого может использовать ввод данных пользователем внутри себя и представить управляющие данные передатчику мощности, которые зависят от пользовательского ввода. Например, пользовательский интерфейс можно использовать, чтобы позволить пользователю ввести пороговую температуру для обнаружения состояния перегрева. Измеренная температура может затем сравниваться с этой введенной пользователем пороговой температурой, и передача мощности может быть заблокирована (и, возможно, управляющие данные могут быть переданы передатчику мощности), если превышена пороговая температура.
В некоторых конкретных вариантах осуществления прибор может не иметь линии связи с передатчиком мощности. В таком случае тепловой барьер может управлять передачей мощности прибору во время нормального режима эксплуатации. Например, пользователь может установить нужную температуру для основного интерфейса для нагревания прибора. С помощью датчика температуры тепловой барьер можно измерить действительную температуру основного интерфейса как результата температуры прибора. Тепловой барьер может сравнить фактическую измеренную температуру с температурой, установленной пользователем, чтобы определить ошибку управления. Тепловой барьер может сообщить об ошибке управления передатчику мощности для соответственной адаптации сигнала мощности и, кроме того, может управлять своим резонансным контуром для направления сигнала мощности прибору с помощью настройки/расстройки, например, контура на рабочую частоту. Таким образом, в этом сценарии тепловой барьер может, например, управлять уровнем первого электромагнитного сигнала таким образом, чтобы достичь нужной температуры.
В частности, если значение измерения температуры указывает на то, что температура выше, чем целевая температура, уровень первого электромагнитного сигнала может быть уменьшен, например, путем регулировки резонансного контура так, чтобы он имел резонансную частоту, которая дальше от резонансной частоты резонансных контуров передатчика мощности и/или приемника мощности, и/или частоты второго электромагнитного сигнала, генерируемого передатчиком мощности.
Если значение измерения температуры указывает на то, что температура ниже, чем целевая температура, уровень первого электромагнитного сигнала может быть увеличен, например, путем регулировки резонансного контура так, чтобы он имел резонансную частоту, которая ближе к резонансной частоте резонансных контуров передатчика мощности и/или приемника мощности, и/или частоте второго электромагнитного сигнала, генерируемого передатчиком мощности. Таким образом, в таком сценарии, контроллер 1101 может быть также выполнен с возможностью повышения уровня первого электромагнитного сигнала для меньших значений измеренной температуры.
Действительно, в примере контроллер 1101 может быть выполнен с возможностью повышения уровня первого электромагнитного сигнала, если значение измерения температуры ниже нижнего порогового значения, и уменьшения уровня первого электромагнитного сигнала, если значение измерения температуры выше верхнего порогового значения. Верхнее пороговое значение будет выше или равно нижнему пороговому значению. Величина увеличения или уменьшения (и/или скорость изменения) уровня первого электромагнитного сигнала может зависеть от величины разности между значением измерения температуры и соответствующим порогом.
Таким образом, тепловой барьер может ввести контур управления температурой таким образом, что не требуется адаптации передатчика мощности или даже во многих сценариях приемника мощности. Подход может быть объединен с защитой от перегрева (например, посредством блокирования передачи мощности, если превышено пороговое значение) или может быть реализован независимо от этого.
Подход может использовать передатчик мощности, который выполнен с возможностью обнаруживать, действительно ли присутствует тепловой барьер, и который может быть выполнен с возможностью предоставлять только высокую мощность, если тепловой барьер действительно присутствует.
Пример элементов такого передатчика мощности представлен на ФИГ. 14. Передатчик мощности может в частности соответствовать передатчику мощности, описанному ранее, например, со ссылкой на ФИГ. 8, но с функцией для обнаружения присутствует ли тепловой барьер.
Таким образом, передатчик мощности содержит источник 103 мощности и генератор 107 сигнала мощности, который в частности может быть инвертором, генерирующим достаточно высокочастотный сигнал из предоставленного сигнала мощности. Генератор 107 сигнала мощности соединен с передающей катушкой 105. Таким образом, генератор 107 сигнала мощности генерирует сигнал возбуждения и подает его на передающую катушку/индуктор 105.
Кроме того, передатчик мощности содержит датчик 1401, который выполнен с возможностью обнаружения присутствия теплового барьера близко к передающей катушке 105. В примере датчик 1401 соединен с передающей катушкой 105 и выполнен с возможностью обнаружения присутствия теплового барьера путем считывания изменения в характеристиках на передающей катушке 105. В частности, датчик 1401 может обнаружить изменение импеданса, соответствующего наличию резонансного контура теплового барьера. Таким образом, в примере датчик 1401 выполнен с возможностью обнаружения присутствия теплового барьера на основании характерной особенности сигнала возбуждения для передающей катушки 105. Например, датчик 1401 может обнаружить, что сигнал возбуждения соответствует импедансу с определенной характеристикой в определенном диапазоне частот, соответствующим действию резонансного контура в тепловом барьере.
Однако, следует иметь в виду, что можно использовать любой подходящий подход для обнаружения присутствия. Например, как передатчик мощности, так и тепловой барьер могут содержать NFC или RFID передатчики/приемники, и присутствие теплового барьера могут быть обнаружены через возможность установления NFC/RFID связи (которая по своей сути связь ближнего действия) с тепловым барьером. В таких вариантах осуществления связь может дополнительно осуществлять обмен данными, например, тепловой барьер может сообщить, что он действительно тепловой барьер и возможно, также может сообщить различные характеристики или свойства теплового барьера.
Таким образом, в некоторых вариантах осуществления датчик выполнен с возможностью обнаружения присутствия теплового барьера в ответ на обнаружение сигнала связи, исходящего от теплового барьера. В других вариантах осуществления сигнал потенциально может не быть сигналом передачи данных, а может быть, например, слабым немодулированным сигналом, который может быть обнаружен передатчиком мощности. Например, присутствие несущего сигнала может означать, что тепловой барьер присутствует.
Датчик 1401 соединен с контроллером 1403 мощности, который дополнительно соединен с генератором 107 сигнала мощности. Контроллер 1403 мощности специально выполнен с возможностью управления максимальной мощностью сигнала возбуждения на передающую катушку 105 и таким образом выполнен с возможностью управления тем, сколько мощности может подаваться приемнику мощности.
В передатчике мощности, показанном на ФИГ. 14, контроллер 1403 мощности выполнен с возможностью ограничения мощности беспроводного индуктивного сигнала мощности, генерируемого передающей катушкой 105 на более низком уровне, когда тепловой барьер не был обнаружен, чем, когда он был обнаружен. Таким образом, максимальный уровень мощности генерируемого сигнала передачи мощности ниже, когда тепловой барьер не обнаружен, чем, когда он есть. В частности, контроллер 1403 мощности может ограничить максимальный уровень мощности до значительно более низкого уровня, когда нет теплового барьера, и позволить только высокую мощность, когда передатчик мощности имеет гарантию, что тепловой барьер присутствует, обеспечивая термостойкость.
Во многих сценариях это может обеспечить эффективный подход для предотвращения повреждения поверхности передатчика мощности (т.е. столешницы в конкретном примере) поскольку мощность может быть ограничена до безопасных уровней, которые являются недостаточными для того, чтобы заставить нагревательный прибор нагреться до потенциально опасных уровней. Однако, можно одновременно подать мощность маломощным приборам, и можно автоматически адаптироваться, чтобы сделать возможным нагрев высокой мощности с использованием теплового барьера.
Подход может особенно хорошо подходить для сценариев, в которых тепловой барьер не является частью работающего прибора.
Действительно, как уже упоминалось ранее, тепловой барьер с ретранслятором мощности может быть составной частью работающего прибора. Однако, в сценариях, где работающий прибор не включает в себя тепловой барьер, тепловой барьер в виде подставки с ретранслятором мощности быть очень полезной альтернативой. В таком сценарии, подставка может содержать средство для обнаружения и/или идентификации посредством передатчика мощности или прибора с тем, чтобы убедиться в присутствии теплового барьера. Подставка может дополнительно содержать средства управления передатчиком мощности и пользовательский интерфейс.
Таким образом подход может управлять передаваемой мощностью. В частности, передатчик мощности может только обеспечить максимальную мощность, если обнаруживается подставка. Следовательно, подставка может содержать функцию, которая может быть обнаружена и/или идентифицирована передатчиком мощности. Такие средства могут быть по существу реализованы существованием резонансного контура в подставке. Например, в случае, когда передатчик мощности обнаруживает прибор без резонансного контура, он может сделать вывод, что подставка отсутствует. С точки зрения безопасности - это может означать, что передатчик мощности может предоставить (полное) мощности, только если он обнаруживает резонансный контур.
Следует иметь в виду, что в приведенном выше описании ради ясности описываются варианты осуществления изобретения со ссылкой на различные функциональные схемы, блоки и процессоры. Однако, будет очевидно, что можно использовать любое подходящее распределение функциональных возможностей между различными функциональными схемами, блоками или процессорами без отступления от изобретения. Например, иллюстрированные функциональные возможности, которые исполняются отдельными процессорами или контроллерами, могут быть исполнены одним процессором или контроллерами. Таким образом, ссылки на конкретные функциональные блоки или схемы следует рассматривать как ссылки на подходящие средства для предоставления описанных функциональных возможностей, а не указывающие на строгую логическую или физическую структуру, или организацию.
Изобретение может быть реализовано в любой подходящей форме, включая аппаратные средства, программное обеспечение, аппаратно-программное обеспечение или любую комбинацию из них. Изобретение может необязательно быть реализовано, по меньшей мере, частично, как компьютерное программное обеспечение, работающее на одном или нескольких процессорах для обработки данных и/или процессоров цифровых сигналов. Элементы и компоненты варианта осуществления изобретения могут быть физически, функционально и логически реализованы любым подходящим способом. Действительно, функциональные возможности могут быть реализованы в одном блоке, во множестве блоков или как часть других функциональных блоков. Таким образом, данное изобретение может быть реализовано в одном блоке или может быть физически и функционально распределено между различными блоками, схемами и процессорами.
Хотя настоящее изобретение было описано применительно к некоторым вариантам осуществления, не предполагается, что оно ограничивается конкретной формой, изложенной в данном документе. Скорее, объем настоящего изобретения ограничивается только прилагаемой формулой изобретения. Кроме того, хотя может казаться, что признак описан применительно к конкретным вариантам осуществления, специалисту в данной области будет понятно, что различные признаки описанных вариантов осуществления могут быть объединены в соответствии с настоящим изобретением. В формуле изобретения термин «содержит» не исключает наличия других элементов или этапов.
Кроме того, хотя и перечислены отдельно, множество средств, элементов, схем или этапов способа могут быть реализованы помощью, например, одной схемы, блока или процессора. Кроме того, хотя отдельные признаки могут быть включены в различные пункты формулы изобретения, они, возможно, предпочтительно могут быть объединены, и включение в различные пункты формулы изобретения не подразумевает, что комбинация признаков не представляется возможной и/или предпочтительной. Кроме того, включение признака в одну категорию одну категорию формулы изобретения не предполагает ограничение этой категории, а скорее указывает на то, что этот признак в равной степени применим и к другим категориям формулы изобретения в надлежащих случаях. Кроме того, порядок признаков в формуле изобретения не подразумевает какого-либо конкретного порядка, в котором признаки должны обрабатываться и, в частности, порядок отдельных этапов в пункте формулы изобретения на способ не означает, что этапы должны выполняться в указанном порядке. Наоборот, этапы могут выполняться в любом подходящем порядке. Кроме того, указания на единственное число не исключают множественного. Таким образом указания на единственное число «первый», «второй» и т.д. не исключают множественность. Ссылочные обозначения в формуле изобретения, приведены только в качестве разъясняющего примера, не должны быть истолкованы как каким-либо образом ограничивающие объем формулы изобретения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| УСТРОЙСТВО, ПЕРЕДАТЧИК МОЩНОСТИ И СПОСОБЫ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ МОЩНОСТИ | 2017 |
|
RU2721682C2 |
| БЕСПРОВОДНАЯ ИНДУКЦИОННАЯ ПЕРЕДАЧА ЭНЕРГИИ С УПРАВЛЕНИЕМ ТЕМПЕРАТУРОЙ ПРИЕМНИКА | 2014 |
|
RU2658324C2 |
| Устройство и способ беспроводной передачи энергии | 2019 |
|
RU2777966C1 |
| СИСТЕМА БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ МОЩНОСТИ | 2019 |
|
RU2777986C2 |
| БЕСПРОВОДНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ | 2019 |
|
RU2786083C2 |
| БЕСПРОВОДНОЙ ИНДУКТИВНЫЙ ПЕРЕНОС ПИТАНИЯ | 2017 |
|
RU2706348C1 |
| БЕСПРОВОДНАЯ ИНДУКТИВНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ | 2014 |
|
RU2649907C2 |
| БЕСПРОВОДНАЯ ПЕРЕДАЧА ИНДУКТИВНОЙ МОЩНОСТИ | 2014 |
|
RU2658864C2 |
| БЕСПРОВОДНАЯ ИНДУКТИВНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ | 2015 |
|
RU2667506C1 |
| БЕСПРОВОДНАЯ ИНДУКТИВНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ | 2015 |
|
RU2692482C2 |
Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в повышении безопасности и надежности беспроводной передачи мощности и достигается за счет того, что тепловой барьер для системы беспроводной передачи мощности содержит первую область (807) поверхности для соединения с приемником (111) мощности, подлежащим запитыванию посредством первого электромагнитного сигнала и вторую область (805) поверхности для соединения с передатчиком (101) мощности, предоставляющим второй электромагнитный сигнал. Тепловой барьер (801) дополнительно содержит ретранслятор (803) мощности с резонансным контуром, включающим в себя индуктор и конденсатор. Ретранслятор (803) мощности выполнен с возможностью генерировать первый электромагнитный сигнал, концентрируя энергию второго электромагнитного сигнала по направлению к первой области (807) поверхности. Тепловой барьер может обеспечить тепловую защиту передатчика (101) мощности без недопустимого воздействия на операцию передачи мощности. 15 з.п. ф-лы, 14 ил.
1. Тепловой барьер для системы беспроводной передачи мощности, причем тепловой барьер содержит:
первую область (807) поверхности для соединения с приемником (111) мощности, подлежащим запитыванию посредством первого электромагнитного сигнала;
вторую область (805) поверхности для соединения с передатчиком (101) мощности, предоставляющим второй электромагнитный сигнал;
ретранслятор (803) мощности, содержащий резонансный контур, включающий в себя индуктор и конденсатор, причем ретранслятор (803) мощности выполнен с возможностью генерировать первый электромагнитный сигнал, концентрируя энергию второго электромагнитного сигнала по направлению к первой области (807) поверхности;
приемник (1103) для приема измерения температуры; и
контроллер (1101) для управления первым уровнем первого электромагнитного сигнала посредством адаптации свойства резонансного контура, причем контроллер (1101) выполнен с возможностью уменьшения первого уровня при увеличении значений измерения температуры.
2. Тепловой барьер по п. 1, в котором контроллер (1101) выполнен с возможностью сравнения измерения температуры с пороговым значением температуры и уменьшения первого уровня, если измерение температуры превышает пороговое значение температуры.
3. Тепловой барьер по п. 1 или 2, в котором контроллер (1101) выполнен с возможностью ограничения первого уровня для того, чтобы не превысить максимально допустимый уровень, и с возможностью уменьшения максимально допустимого уровня в ответ на увеличивающееся значение измерения температуры.
4. Тепловой барьер по п. 3, в котором контроллер (1101) выполнен с возможностью сравнения измерения температуры с пороговым значением температуры и установления максимально допустимого уровня на более низкое значение, когда измерение температуры превышает пороговое значение температуры, чем когда измерение температуры не превышает пороговое значение температуры.
5. Тепловой барьер по п. 4, в котором максимально допустимый уровень, когда измерение температуры превышает пороговое значение температуры, составляет не более чем 10% от максимально допустимого уровня, когда измерение температуры не превышает пороговое значение температуры.
6. Тепловой барьер по п. 1, в котором контроллер (1101) выполнен с возможностью уменьшения уровня путем изменения резонансной частоты резонансного контура с тем, чтобы она больше отличалась по меньшей мере от одной из частоты второго электромагнитного сигнала, резонансной частоты резонансного контура передатчика мощности и резонансной частоты резонансного контура приемника мощности при увеличении значений измерения температуры.
7. Тепловой барьер по п. 1, в котором приемник (1103) выполнен с возможностью приема измерения температуры от приемника (111) мощности.
8. Тепловой барьер по п. 1, дополнительно содержащий датчик температуры, выполненный с возможностью генерирования измерения температуры как указания температуры первой области (807) поверхности.
9. Тепловой барьер по п. 1, в котором контроллер (1101) выполнен с возможностью изменения свойства с тем, чтобы уменьшить соотношение между вторым уровнем второго электромагнитного сигнала и первым уровнем при увеличении значений измерения температуры.
10. Тепловой барьер по п. 1, в котором контроллер (1101) выполнен с возможностью уменьшения первого уровня путем уменьшения плотности магнитного потока первого электромагнитного сигнала для первой области поверхности по отношению к плотности магнитного потока второго электромагнитного сигнала для второй области поверхности при увеличении значений измерения температуры.
11. Тепловой барьер по п. 1, в котором свойством является резонансная частота.
12. Тепловой барьер по п. 11, в котором контроллер (1101) выполнен с возможностью изменения резонансной частоты с помощью по меньшей мере одного из: закорачивания конденсатора или отсоединения конденсатора от индуктора.
13. Тепловой барьер по п. 1, дополнительно содержащий приемник, соединенный с контроллером (1101) и выполненный с возможностью приема управляющих данных от приемника (111) мощности; и при этом контроллер (1101) выполнен с возможностью адаптировать свойство в зависимости от управляющих данных.
14. Тепловой барьер по п. 1, дополнительно содержащий пользовательский интерфейс, соединенный с контроллером (1101) и выполненный с возможностью приема пользовательского ввода; и при этом контроллер (1101) выполнен с возможностью адаптировать свойство в зависимости от пользовательского ввода.
15. Тепловой барьер по п. 1, в котором контроллер (1101) выполнен с возможностью адаптации резонансной частоты резонансного контура так, чтобы она соответствовала частоте второго электромагнитного сигнала.
16. Тепловой барьер по п. 1, дополнительно содержащий блок связи, выполненный с возможностью передачи данных передатчику мощности посредством изменения свойства резонансного контура, и пользовательский интерфейс для приема пользовательского ввода; и при этом блок связи выполнен с возможностью генерации данных в зависимости от пользовательского ввода и по меньшей мере одного параметра, измеряемого тепловым барьером.
| WO 2013103939 A1, 11.07.2013 | |||
| US 2011304216 A1, 15.12.2011 | |||
| US 2011101790 A1, 05.05.2011 | |||
| СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ | 2009 |
|
RU2409883C1 |
