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.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Большинство современных электрических систем и устройств требуют специального электрического контакта для получения мощности от внешнего источника питания. Однако это представляется непрактичным и требует, чтобы пользователь физически вставлял соединители или иным образом устанавливал физический электрический контакт. Обычно требуемая мощность также значительно различается, и в настоящее время большинство устройств снабжено собственным специальным источником питания, в связи с чем, типичный пользователь, имеет большое количество разных источников питания, причем каждый источник питания предназначен для конкретного устройства. Хотя использование внутренних батарей позволяет избежать необходимости в проводном соединении с источником питания в ходе эксплуатации, это обеспечивает лишь частичное решение, поскольку батареи нуждаются в подзарядке (или замене). Использование батарей также может существенно добавлять вес и, возможно, стоимость и размер устройств.
Для обеспечения значительного улучшения ощущений пользователя предлагается использовать беспроводной источник питания, в котором мощность индуктивно передается от катушки передатчика в устройстве передатчика мощности на катушку приемника в отдельных устройствах.
Передача мощности посредством магнитной индукции является общеизвестным принципом, по большей части применяемым в трансформаторах, имеющих сильную связь между первичной катушкой передатчика и вторичной катушкой приемника. Благодаря разделению первичной катушки передатчика и вторичной катушки приемника между двумя устройствами, беспроводная передача мощности между ними становится возможной на основании принципа слабо связанного трансформатора.
Такая компоновка допускает беспроводную передачу мощности на устройство без необходимости в каких-либо проводах или физических электрических соединениях. Действительно, это может просто позволять размещать устройство рядом с катушкой передатчика или поверх нее, для подзарядки или внешнего питания. Например, устройства передатчика мощности могут быть снабжены горизонтальной поверхностью, на которой устройство может просто размещаться для получения питания.
Кроме того, такие компоновки беспроводной передачи мощности, преимущественно, могут быть сконструированы таким образом, что устройство передатчика мощности может использоваться с диапазоном устройств приемника мощности. В частности, задан подход беспроводной передачи мощности известный как спецификации Qi, который в настоящее время развивается далее. Этот подход предусматривает устройства передатчика мощности, отвечающие спецификациям Qi, подлежащим использованию с устройствами приемника мощности, которые также отвечают спецификациям Qi, причем не обязательно, чтобы они имели одного и того же производителя или чтобы они были предназначены друг для друга. Спецификации Qi дополнительно включают в себя некоторые функциональные возможности, позволяющие адаптировать работу к конкретному устройству приемника мощности (например, в зависимости от конкретного потребления мощности).
Спецификация Qi разработана консорциумом беспроводного питания, и дополнительную информацию можно найти, например, на его веб-сайте: http://www.wirelesspowerconsortium.com/index.html, где, в частности, можно найти заданные документы спецификации.
Для поддержки взаимодействия и функциональной совместимости передатчиков мощности и приемников мощности, предпочтительно, чтобы эти устройства могут осуществлять связь друг с другом, т.е. желательно, чтобы поддерживалась связь между передатчиком мощности и приемником мощности, и предпочтительно, чтобы связь поддерживалась в обоих направлениях.
Спецификация Qi поддерживает связь от приемника мощности к передатчику мощности что позволяет приемнику мощности обеспечивать информацию, которая может позволять передатчику мощности адаптироваться к конкретному приемнику мощности. В современной спецификации задана односторонняя линия связи от приемника мощности к передатчику мощности, и подход основан на идее о том, что приемник мощности является управляющим элементом. Для подготовки и управления передачи(ей) мощности между передатчиком мощности и приемником мощности, приемник мощности, в частности, передает информацию на передатчик мощности.
Спецификация Qi разработана для поддержки применений, требующих все более высокой мощности. Например, спецификация предназначена для использования с устройствами, потребляющими несколько киловатт мощности. Кроме того, новые спецификации и стандарты беспроводной передачи мощности разработаны в соответствии такими применениями более высокой мощности.
Например, предполагается, что беспроводная передача мощности используется все больше, например, с кухонными электроприборами, например, чайниками, блендерами, кухонными комбайнами и т.д. В частности, предполагается, что беспроводная передача мощности служит для подачи мощности на различные нагревательные устройства. Например, предполагается, что этот принцип широко используется, например, в плитах, поддерживающих чайники и сковороды, которые нагреваются посредством магнитной индукции.
В порядке примера, фиг. 1 демонстрирует пример беспроводной подачи мощности на нагревательный прибор (например, сковороду или чайник).
В примере, устройство обеспечения мощности содержит передатчик 101 мощности, который, как показано, делится на источник 103 питания, катушку 105 передатчика и инвертор 107, принимающий мощность от источника 103 питания и генерирующий сигнал возбуждения для катушки 105 передатчика. Катушка 105 передатчика располагается вблизи кухонной столешницы 109 или встроена в нее. Нагревательный прибор 111, например, чайник, располагается на столешнице и содержит нагревательный элемент 113, в котором передатчик 101 мощности может наводить вихревые токи, вызывающие нагревание нагревательного элемента.
Дно сковороды или чайника может очень сильно нагреваться. Однако столешница может быть выполнена из материала, не выдерживающего такие высокие температуры. Например, типичные кухонные столешницы могут быть выполнены из таких материалов, как дерево или гранит. Однако эти материалы могут иметь гораздо более низкую жаропрочность и потенциально могут даже повреждаться под действием высоких температур чайника.
Действительно, в общем случае, повышенная гибкость и изменение применений беспроводной передачи мощности на все более высоких уровнях мощности (где, в частности, передача мощности может поддерживать устройства, потребляющие тепловую мощность) приводит к повышенным рискам и усложнениям. Это, в частности, может применяться для кухонных сценариев с использованием беспроводной передачи мощности, но без ограничения такими применениями.
Для поддержки таких температурных применений в WO2015062947A1 было предложено использовать тепловой барьер, способный защищать поверхность столешницы. Кроме того, предполагалось, что этот тепловой барьер включает в себя ретранслятор мощности для фокусировки электрического поля на приборе (для компенсации дополнительного расстояния Z), и что этот ретранслятор мощности включает в себя защиту от перегрева, выполненную с возможностью снижения напряженности магнитного поля, если температура возрастает выше порога.
Однако, несмотря на то, что такой подход может обеспечивать улучшенную поддержку беспроводного снабжения питанием, например, кухонных электроприборов, остается ряд нерешенных проблем, вопросов и задач.
Например, принятию устройств с беспроводным электропитанием для кухни и передатчиков мощности на рынке может препятствовать так называемая проблема яйца и курицы, поскольку новые электроприборы с беспроводным электропитанием потребуют наличия и установки передатчиков мощности, и установка передатчиков мощности будет иметь смысл только при наличии электроприборов. Таким образом, было бы преимущественно снизить требования к электроприборам для поддержки беспроводной передачи мощности. Действительно, возможность использования традиционных электроприборов, конкретно не разработанных для беспроводного питания, была бы весьма привлекательна. Например, было бы весьма желательно, если бы традиционная сковорода (помимо традиционного нагревания за счет размещения на нагревательном элементе) также могла получать питание посредством беспроводной передачи мощности из электромагнитного сигнала. Хотя тепловой барьер, описанный в WO2015062947A1, может помогать во многих практических применениях, он может быть оптимален не во всех сценариях. Например, в некоторых сценариях, было бы преимущественно обеспечивать больше функциональных возможностей для тепловой мощности. Однако, вместе с тем, желательно, чтобы тепловой барьер имел низкую сложность, например, для снижения цены и повышения надежности.
Поэтому, будет преимущественным улучшенный подход беспроводной передачи мощности и, в частности, будет преимущественным подход, позволяющий повышать гибкость, улучшать поддержку разных применений и сценариев использования, добавлять или улучшать функциональные возможности, облегчать работу пользователя и/или повышать производительность.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Соответственно, задачей изобретение является, предпочтительно, ослабление, облегчение или устранение одного или более из вышеупомянутых недостатков по отдельности или в любой комбинации.
Согласно аспекту изобретения предусмотрено устройство для поддержки передачи мощности на электромагнитную нагрузку от передатчика мощности, содержащего катушку передачи мощности, обеспечивающую электромагнитный сигнал передачи мощности в режиме передачи мощности; причем устройство имеет первую область поверхности и вторую область поверхности и содержит: резонансный контур, включающий в себя дроссель и конденсатор, причем дроссель выполнен с возможностью подключения к передатчику мощности через первую область поверхности и подключения к электромагнитной нагрузке через вторую область поверхности; причем резонансный контур выполнен с возможностью концентрации энергии электромагнитного сигнала передачи мощности от первой области поверхности ко второй области поверхности; блок приема/передачи для обмена сообщениями с передатчиком мощности, причем блок приема/передачи выполнен с возможностью передачи сообщения запроса на передатчик мощности, содержащего запрос передатчику мощности для генерации электромагнитного сигнала измерения; процессор индикации нагрузки для определения индикации нагрузки, указывающей нагружение электромагнитного сигнала измерения; и детектор для обнаружения присутствия электромагнитной нагрузки в ответ на индикацию нагрузки.
Изобретение может обеспечивать эффективный и во многих вариантах осуществления очень практический подход к обнаружению промежуточным устройством, присутствует ли электромагнитная нагрузка для передачи мощности от передатчика мощности. Подход может позволять устройству адаптировать свою работу в зависимости от того, присутствует ли электромагнитная нагрузка. Промежуточное устройство может содержать контроллер для адаптации работы системы беспроводной передачи мощности, и, в частности, промежуточного устройства, в ответ на обнаружение присутствия электромагнитной нагрузки. Во многих вариантах осуществления, промежуточное устройство может быть выполнено с возможностью адаптации операции передачи мощности в ответ на обнаружение присутствия электромагнитной нагрузки. В частности, промежуточное устройство может быть выполнено с возможностью инициирования передачи мощности в ответ на обнаружение присутствия электромагнитной нагрузки.
В частности, подход может во многих системах позволять устройству для инициализации и/или управления передачей мощности от передатчика мощности к электромагнитной нагрузке, и, в действительности, может в некоторых вариантах осуществления позволять передачу мощности на электромагнитную нагрузку, которая не имеет функциональных возможностей для взаимодействия с передатчиком мощности. В некоторых вариантах осуществления, устройство может даже позволять передачу мощности на традиционную нагревательную пластину, например, на традиционную сковороду.
Изобретение может облегчать, позволять и/или поддерживать такую операцию, позволяя устройство низкой сложности. В частности, подход может во многих вариантах осуществления допускать, что устройство требует никакой дополнительной мощности помимо обеспечиваемой передатчиком мощности. Например, устройство может быть реализовано как подставка или поднос, который не требует включения в розетку или не включает в себя батарею. Подход может во многих вариантах осуществления допускать надежное обнаружение, когда электромагнитный сигнал измерения генерируется передатчиком мощности, и, таким образом, обычно может генерироваться с высокой интенсивностью сигнала.
Изобретение могут позволять повышенную гибкость и поддерживать увеличенное разнообразие сценариев использования для беспроводной передачи мощности. Например, оно может обеспечивать улучшенную поддержку, например, кухонных сценариев использования.
В частности, устройство может представлять собой тепловой барьер и может обеспечивать защиту передатчика мощности от высоких температур электромагнитной нагрузки. Устройство может позволять использовать, например, электромагнитные нагрузки, нагреваемые посредством беспроводной передачи мощности с помощью беспроводных передатчиков мощности, связанных с недостаточной тепловой защитой, одновременно гарантируя эффективную передачу мощности.
Резонансный контур может действовать как ретранслятор мощности, выполненный с возможностью концентрации энергии/мощности электромагнитного сигнала передачи мощности от первой области поверхности ко второй области поверхности, за счет того, что он выполнен с возможностью увеличения плотности магнитного потока для второй области поверхности (по сравнению с плотностью магнитного потока, когда ретранслятор мощности, т.е. резонансный контур, отсутствует. Резонансный контур может позволять вставлять устройство, например, между передатчиком мощности и электромагнитной нагрузкой, позволяя при этом обеспечивать сильное магнитное поле для электромагнитной нагрузки. Например, использование традиционного теплового барьера в большинстве сценариев приведет к существенному снижению производительности передачи мощности вследствие увеличенного расстояния и ослабленной связи между передающей катушкой передатчика мощности и электромагнитной нагрузкой. Однако устройство может, например, обеспечивать эффективную тепловую защиту, позволяя увеличивать расстояние между передающей катушкой и электромагнитной нагрузкой, гарантируя при этом действительно эффективную связь между передающей катушкой и электромагнитной нагрузкой. В частности, резонансный контур может концентрировать магнитное поле таким образом, что увеличенный поток проходит через электромагнитную нагрузку, т.е. плотность потока может увеличиваться. Резонансный контур может концентрировать энергию ко второй области поверхности путем направления, смещения или перемещения линий магнитного поля от второго электромагнитного сигнала ко второй области поверхности. Резонансный контур может эффективно функционировать как магнитная линза. В частности, он может деформировать магнитное поле от передатчика мощности для обеспечения увеличенного потока через вторую область поверхности/электромагнитную нагрузку. Таким образом, можно увеличивать плотность магнитного потока для второй области поверхности.
Первая область поверхности и вторая область поверхности могут быть противоположными (и, возможно, по существу параллельными) поверхностями устройства.
Первая область поверхности, в частности, может быть выполнена с возможностью подключения к передатчику мощности за счет того, что она выполнена с возможностью приема передатчика мощности. Первая область поверхности может быть выполнена с возможностью прикасаться, присоединяться, подключаться или покоиться на поверхности передатчика мощности, или может обеспечивать расположение передатчика мощности на области поверхности или ее расположение на передатчике мощности.
Вторая область поверхности, в частности, может быть выполнена с возможностью подключения к электромагнитной нагрузки за счет того, что она выполнена с возможностью приема электромагнитной нагрузки. Вторая область поверхности может быть выполнена с возможностью прикасаться, присоединяться, подключаться или покоиться на поверхности электромагнитной нагрузки, или может обеспечивать область поверхности для расположения на ней электромагнитной нагрузки или для расположения на ней передатчика мощности.
Электромагнитная нагрузка может быть сущностью, извлекающей мощность из электромагнитного сигнала передачи мощности. Электромагнитная нагрузка, в частности, может быть приемником мощности, потенциально (по меньшей мере, частично) без функциональных возможностей для взаимодействия с передатчиком мощности. Электромагнитная нагрузка обеспечивает нагружение электромагнитного сигнала передачи мощности. Таким образом, мощность может передаваться непосредственно от передатчика мощности к электромагнитной нагрузке посредством электромагнитного сигнала передачи мощности без какого-либо промежуточного преобразования в электрическую энергию. Электромагнитная нагрузка нагружает магнитное поле, генерируемое сигналом передачи мощности. Таким образом, магнитное поле/ сигнал передачи мощности приводит к наведению тока в электромагнитной нагрузке, приводящему к извлечению мощности из поля электромагнитной нагрузкой.
Электромагнитная нагрузка в некоторых вариантах осуществления может содержать или состоять из проводящего элемента, и, в частности, проводящего нагревательного элемента. В частности, мощность может приниматься посредством электромагнитного сигнала передачи мощности, обуславливающего вихревые токи в проводящем элементе электромагнитной нагрузки. Во многих вариантах осуществления электромагнитная нагрузка может быть нагревательной пластиной, например, сковороды, чайника, кастрюли или аналогичного кухонного нагревательного прибора.
Устройство может быть выполнено с возможностью адаптации работы в ответ на обнаружение присутствия электромагнитной нагрузки. В частности, устройство может содержать инициатор, выполненный с возможностью инициализации операции передачи мощности в ответ на обнаружение присутствия электромагнитной нагрузки. Инициализация может, например, включать в себя передачу одного или более сообщений на передатчик мощности для инициализации операции передачи мощности от передатчика мощности. Устройство может быть выполнено с возможностью передачи одного или более сообщений на передатчик мощности в ответ на обнаружение присутствия электромагнитной нагрузки. Обмен сообщениями с передатчиком мощности может зависеть от обнаружения присутствия электромагнитной нагрузки.
Нагружением электромагнитного сигнала измерения может быть извлеченная мощность. Индикация нагрузки может указывать мощность, извлекаемую из электромагнитного сигнала измерения. Индикация нагрузки может определяться как прямое измерение нагружения или может косвенно определяться как мера, которая зависит от нагружения электромагнитного сигнала. Например, индикация нагрузки может отражать импеданс резонансного контура устройства или резонансного контура передатчика мощности.
Дроссель выполнен с возможностью подключения к передатчику мощности через первую область поверхности и к электромагнитной нагрузке через вторую область поверхности при использовании устройства и в присутствии электромагнитной нагрузки.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, устройство дополнительно содержит контроллер передачи мощности, выполненный с возможностью управления операцией передачи мощности передатчика мощности путем обмена сообщениями управления передачей мощности с передатчиком мощности, причем свойство обмена сообщениями управления передачей мощности зависит от обнаружения присутствия электромагнитной нагрузки.
Устройство может, в частности, управлять функциональными возможностями управления мощностью, которые могут управлять передачей мощности на электромагнитную нагрузку. Это может во многих вариантах осуществления допускать традиционные устройства, например, традиционные кухонные нагревательные приборы, подлежащие использованию с беспроводным передатчиком мощности, несмотря на то, что устройство вовсе не имеет или имеет недостаточно функциональных возможностей управления для такой передачи. Фактически, электромагнитная нагрузка без функциональных возможностей управления может использоваться благодаря необходимым функциональным возможностям управления, включенным в промежуточное устройство. Например, традиционную сковороду можно использовать с подставкой, содержащей все функциональные возможности управления, необходимые для того, чтобы приемник мощности взаимодействовал с передатчиком мощности для обеспечения передачи мощности.
Однако, тогда как большинство функциональных возможностей управления и обмена сообщениями для такого сценария может следовать спецификациям и принципам типичного приемника мощности в соответствии с соответствующими спецификациями (например, спецификациями Qi), компоновка имеет дополнительную сложность за счет того, что устройству необходимо действовать как в режиме отсутствия электромагнитной нагрузки, так и в режиме присутствия электромагнитной нагрузки. Соответственно, современный подход может позволять надежное обнаружение, присутствует ли электромагнитная нагрузка (позволяя низкую сложность и не обязательно требуя любого другого обеспечения мощности), что позволяет устройству адаптировать операцию управления мощностью в ответ на это. В частности, это позволит устройству переключаться между разными режимами работы. В частности, устройство может переключаться между активным режимом передачи мощности и режимом отсутствия передачи мощности в зависимости от того, обнаружено ли присутствие электромагнитной нагрузки. Затем можно соответственно адаптировать обмен сообщениями (или отсутствие обмена сообщениями), связанный с, соответственно, неактивным режимом и активным режимом передачи мощности.
Контроллер передачи мощности может быть выполнен с возможностью модификации или адаптации обмена сообщениями в зависимости от того, обнаружено ли присутствие электромагнитной нагрузки.
В некоторых вариантах осуществления, электромагнитная нагрузка может входить в состав сменного устройства, которое не содержит функциональных возможностей для связи с передатчиком мощности. В некоторых вариантах осуществления, электромагнитная нагрузка может не иметь возможности управления передачей мощности от беспроводного передатчика мощности. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления передача мощности от передатчика мощности к электромагнитной нагрузке может полностью управляться устройством (и передатчиком мощности).
В соответствии с необязательным признаком изобретения, устройство дополнительно содержит контроллер передачи мощности, выполненный с возможностью управления уровнем мощности электромагнитного сигнала передачи мощности путем передачи сообщений управления мощностью на передатчик мощности.
Во многих вариантах осуществления устройство может быть способно управлять уровнем мощности собственно мощности, обеспечиваемой электромагнитной нагрузке. В частности, контроллер передачи мощности может быть выполнен с возможностью управления уровнем мощности электромагнитного сигнала передачи мощности путем передачи сообщений управления мощностью на передатчик мощности в ходе фазы передачи мощности.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, устройство дополнительно содержит датчик температуры для определения индикации температуры для второй поверхности, и при этом контроллер передачи мощности выполнен с возможностью генерации сообщений управления мощностью в ответ на индикацию температуры.
Устройство может позволять или облегчать беспроводную передачу мощности, например, на нагревательный элемент, позволяя при этом управлять этой передачей мощности для обеспечения желаемого нагревательного эффекта. Например, подход может позволять нагревать традиционную сковороду до желаемой температуры мощностью, обеспечиваемой от беспроводного передатчика мощности.
Например, нагревательная пластина может запитываться сигналом передачи мощности, и температура может управляться контуром управления мощностью от приемника мощности к передатчику мощности.
Индикатор температуры может быть значением, указывающим измеренную температуру таким образом, что увеличивающиеся значения указывают увеличивающиеся температуры. Датчик температуры может располагаться таким образом, что индикация температуры указывает температуру элемента электромагнитной нагрузки, и, в частности, может указывать температуру нагревательного элемента, нагреваемого посредством электромагнитного сигнала передачи мощности. Например, датчик температуры может располагаться вблизи второй поверхности, которая может быть поверхностью, с которым контактирует элемент электромагнитной нагрузки в ходе эксплуатации.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, устройство дополнительно содержит контроллер передачи мощности, выполненный с возможностью инициализации фазы передачи мощности в ответ на обнаружение присутствия электромагнитного сигнала путем обмена сообщениями управления передачей мощности с передатчиком мощности.
Это может обеспечивать эффективную работу, допуская при этом низкую сложность устройства. Во многих сценариях подход может, в частности, позволять устройству не требовать обеспечения какой-либо мощности от любого другого средства, чем передатчика мощности, т.е. он может устранять необходимость в электропитании устройства или в наличии в нем батареи. Устройство может быть выполнено с возможностью извлечения мощности из электромагнитного сигнала для обеспечения питания, по меньшей мере, контроллера передачи мощности.
Контроллер передачи мощности может инициализировать операцию передачи мощности путем передачи одного или более сообщений инициализации передачи мощности на передатчик мощности, например, сообщения запроса передачи мощности или сообщения ответа на запрос от передатчика мощности, например, обеспечивая информацию параметра передачи мощности передатчику мощности.
Электромагнитный сигнал, в частности, может быть электромагнитным сигналом передачи мощности или электромагнитным сигналом связи, обеспеченным для связи передатчиком мощности (например, несущей связи для нагрузочной модуляции устройством).
В соответствии с необязательным признаком изобретения, устройство дополнительно содержит контроллер передачи мощности, выполненный с возможностью окончания операции передачи мощности в ответ на детектор, определяющий, что индикация нагрузки не указывает присутствия электромагнитной нагрузки, путем, по меньшей мере, одного из передачи сообщения окончания передачи мощности на передатчик мощности и подавления сообщений управления передачей мощности для передатчика мощности.
Это может обеспечивать эффективную работу и, в частности, может снижать риск генерирования сильных магнитных полей в моменты времени, когда электромагнитная нагрузка отсутствует, что позволяет снижать риск, например, непреднамеренного нагревания посторонних объектов.
В некоторых вариантах осуществления, устройство дополнительно содержит блок измерения для генерации индикации нагрузки в ответ на измерение свойства электромагнитного сигнала измерения; и детектор выполнен с возможностью определения, присутствует ли электромагнитная нагрузка в ответ на сравнение индикации нагрузки с опорным значением.
Это может обеспечивать эффективная работа во многих вариантах осуществления и может, в частности, снижать требование к изменениям передатчика мощности, таким образом, обеспечивая повышенную обратную совместимость. Во многих вариантах осуществления, подход может позволять более быстрое определение индикации нагрузки, и, таким образом, более быстрое обнаружение присутствия электромагнитной нагрузки.
В некоторых вариантах осуществления, устройство может, по существу, самостоятельно и независимо обнаруживать, присутствует ли электромагнитная нагрузка, на основании измерения свойства, отражающего нагружение электромагнитного сигнала измерения.
Опорное значение может быть значением, определенным от предыдущего обеспечения электромагнитного сигнала измерения. Электромагнитный сигнал измерения может генерироваться передатчиком мощности чтобы иметь, по существу, такие же свойства, как предыдущий электромагнитный сигнал измерения. В некоторых вариантах осуществления опорное значение может быть заранее определенным значением. Например, передатчик мощности может быть выполнен с возможностью всегда генерировать электромагнитный сигнал измерения, имеющие одни и те же заранее определенные свойства.
В некоторых вариантах осуществления, процессор нагрузки может быть выполнен с возможностью генерации индикации нагрузки в ответ на рабочее свойство ретранслятора мощности.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, устройство дополнительно содержит экстрактор мощности, выполненный с возможностью извлечения мощности из электромагнитного сигнала, генерируемого передатчиком мощности для, по меньшей мере, частичного включения питания устройства; и блок приема/передачи выполнен с возможностью передачи сообщения запроса на передатчик мощности в процессе включения питания.
Это может обеспечивать эффективную работу, допуская при этом низкую сложность устройства. Во многих сценариях подход может, в частности, позволять устройству не требовать обеспечения какой-либо мощности от любого другого средства, чем передатчик мощности, т.е. может устранять необходимость в электропитании устройства или в наличии в нем батареи.
В некоторых вариантах осуществления, устройство дополнительно содержит пользовательский интерфейс для приема пользовательские вводы, и калибровщик, выполненный с возможностью инициализации калибровки, по меньшей мере, одного из критерия для обнаружения присутствия электромагнитной нагрузки и определения индикации нагрузки в ответ на прием пользовательского ввода, указывающего, присутствует ли электромагнитная нагрузка.
Это позволяет облегчать и/или улучшать работу во многих вариантах осуществления. В частности, это может во многих применениях обеспечивать более надежное и/или точное обнаружение.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, блок приема/передачи выполнен с возможностью приема сообщения нагрузки от передатчика мощности содержащий данные нагрузки, указывающие нагружение электромагнитного сигнала измерения, определенного передатчиком мощности; и процессор индикации нагрузки выполнен с возможностью определения индикации нагрузки в ответ на данные нагрузки.
Это может облегчать операцию и/или реализацию во многих вариантах осуществления. В частности, это может во многих вариантах осуществления снижать сложность устройства.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, детектор выполнен с возможностью обнаружения, присутствует ли электромагнитная нагрузка в ответ на сравнение индикации нагрузки и предыдущей индикации нагрузки.
Это позволяет облегчать и/или улучшать работу во многих вариантах осуществления. В частности, это может во многих применениях обеспечивать более надежное и/или точное обнаружение.
Согласно аспекту изобретения предусмотрен передатчик мощности для обеспечения беспроводной мощности на электромагнитную нагрузку через промежуточное устройство; причем передатчик мощности содержит: резонансный контур, содержащий емкостной импеданс и индуктивный импеданс, причем индуктивный импеданс содержит катушку передатчика для генерации электромагнитного сигнала передачи мощности для беспроводной передачи мощности на электромагнитную нагрузку; возбудитель для генерации сигнала возбуждения для резонансного контура; блок приема/передачи сообщений для обмена сообщениями с промежуточным устройством; процессор сообщений для обнаружения сообщения запроса, принятого от промежуточного устройства, содержащего запрос передатчику мощности для генерации электромагнитного сигнала измерения; и генератор электромагнитного сигнала для генерации электромагнитного сигнала измерения в ответ на обнаружение сообщения запроса.
Передатчик мощности может позволять улучшать и/или облегчать операцию или реализацию вышеописанной передачи мощности.
В некоторых вариантах осуществления, генератор электромагнитного сигнала выполнен с возможностью генерации электромагнитного сигнала измерения путем возбуждения резонансного контура для генерации электромагнитного сигнала передачи мощности.
Это позволяет повысить производительность и/или облегчить реализацию во многих вариантах осуществления. Например, это позволяет уменьшать схему, необходимую для обеспечения электромагнитного сигнала измерения. Во многих вариантах осуществления это позволяет увеличивать повторное использование схемы (например, катушки передатчика) для множественных целей.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, передатчик мощности дополнительно содержит измерительную катушку, и генератор электромагнитного сигнала выполнен с возможностью генерации электромагнитного сигнала измерения с использованием измерительной катушки и в полосе частот, отличной от полосы частот для электромагнитного сигнала передачи мощности.
Это позволяет повысить производительность и/или облегчить реализацию во многих вариантах осуществления. В некоторых вариантах осуществления, это позволяет обеспечить более точное обнаружение.
В некоторых вариантах осуществления, передатчик мощности может содержать катушку связи для связи с промежуточным устройством с использованием первой полосы частот, отличной от полосы частот для электромагнитного сигнала передачи мощности; и генератор электромагнитного сигнала может быть выполнен с возможностью генерации электромагнитного сигнала измерения в первой полосе частот с использованием катушки связи.
В соответствии с необязательным признаком изобретения, генератор электромагнитного сигнала выполнен с возможностью генерации электромагнитного сигнала измерения так, чтобы он обладал свойствами, соответствующими ранее сгенерированному электромагнитному сигналу измерения.
Это может облегчать и/или улучшать обнаружение во многих вариантах осуществления.
В некоторых вариантах осуществления система беспроводной передачи мощности может содержать устройство и передатчик мощности, как описано ранее.
Согласно аспекту изобретения предусмотрен способ для устройства, поддерживающего передачу мощности на электромагнитную нагрузку от передатчика мощности, содержащего катушку передачи мощности, обеспечивающую электромагнитный сигнал передачи мощности в режиме передачи мощности; причем устройство имеет первую область поверхности и вторую область поверхности и содержит резонансный контур, включающий в себя дроссель и конденсатор, причем дроссель подключен к передатчику мощности через первую область поверхности и подключен к электромагнитной нагрузке через вторую область поверхности; причем резонансный контур выполнен с возможностью концентрации энергии электромагнитного сигнала передачи мощности от первой области поверхности ко второй области поверхности; причем способ содержит: обмен сообщениями с передатчиком мощности, включающий в себя передачу сообщения запроса на передатчик мощности, содержащего запрос передатчику мощности для генерации электромагнитного сигнала измерения; определение индикации нагрузки, указывающей нагружение электромагнитного сигнала измерения; и обнаружение присутствия электромагнитной нагрузки в ответ на индикацию нагрузки.
Согласно аспекту изобретения предусмотрен способ работы передатчика мощности, обеспечивающего беспроводную мощность на электромагнитную нагрузку через промежуточное устройство; причем передатчик мощности содержит резонансный контур, содержащий емкостной импеданс и индуктивный импеданс, причем индуктивный импеданс содержит катушку передатчика для генерации электромагнитного сигнала передачи мощности для беспроводной передачи мощности на электромагнитную нагрузку; причем способ содержит: генерацию сигнала возбуждения для резонансного контура; обмен сообщениями с промежуточным устройством; обнаружение сообщения запроса, принятого от промежуточного устройства, содержащего запрос передатчику мощности для генерации электромагнитного сигнала измерения; и генерацию электромагнитного сигнала измерения в ответ на обнаружение сообщения запроса.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения может быть обеспечена система беспроводной передачи мощности для поддержки передачи мощности от передатчика мощности на электромагнитную нагрузку через промежуточное устройство; причем передатчик мощности содержит: резонансный контур, содержащий емкостной импеданс и индуктивный импеданс, причем индуктивный импеданс содержит катушку передатчика для генерации электромагнитного сигнала передачи мощности для беспроводной передачи мощности на электромагнитную нагрузку, возбудитель для генерации сигнала возбуждения для резонансного контура, блок приема/передачи сообщений для обмена сообщениями с промежуточным устройством, процессор сообщений для обнаружения сообщения запроса, принятого от промежуточного устройства, содержащего запрос передатчику мощности для генерации электромагнитного сигнала измерения, и генератор электромагнитного сигнала для генерации электромагнитного сигнала измерения в ответ на обнаружение сообщения запроса; и промежуточное устройство, имеющее первую область поверхности и вторую область поверхности, и содержащее: резонансный контур, включающий в себя дроссель и конденсатор, причем дроссель выполнен с возможностью подключения к передатчику мощности через первую область поверхности и подключения к электромагнитной нагрузке через вторую область поверхности; причем резонансный контур выполнен с возможностью концентрации энергии электромагнитного сигнала передачи мощности от первой области поверхности ко второй области поверхности, блок приема/передачи для обмена сообщениями с передатчиком мощности, причем блок приема/передачи выполнен с возможностью передачи сообщения запроса на передатчик мощности, содержащего запрос передатчику мощности для генерации электромагнитного сигнала измерения, процессор индикации нагрузки для определения индикации нагрузки, указывающей нагружение электромагнитного сигнала измерения, и детектор для обнаружения присутствия электромагнитной нагрузки в ответ на индикацию нагрузки.
Эти и другие аспекты, признаки и преимущества изобретения будут очевидны из и пояснены со ссылкой на вариант(ы) осуществления, описанный(е) ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Варианты осуществления изобретения будет описаны, исключительно в порядке примера, со ссылкой на чертежи, в которых
фиг. 1 - иллюстрация системы беспроводной передачи мощности;
фиг. 2 - иллюстрация системы беспроводной передачи мощности;
фиг. 3 - иллюстрация тракта питания системы беспроводной передачи мощности;
фиг. 4 - иллюстрация некоторых форм волны напряжения тракта питания системы беспроводной передачи мощности;
фиг. 5 - иллюстрация системы беспроводной передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фиг. 6 - иллюстрация примера ретранслятора мощности для системы беспроводной передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фиг. 7 - иллюстрация примера ретранслятора мощности для системы беспроводной передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фиг. 8 - иллюстрация примера промежуточного устройства для системы беспроводной передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фиг. 9 - иллюстрация примера передатчика мощности для системы беспроводной передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
фиг. 10 - иллюстрация примера передатчика мощности для системы беспроводной передачи мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения; и
фиг. 11 - иллюстрация примера промежуточного устройства для беспроводного питания.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Нижеследующее описание посвящено вариантам осуществления изобретения, применимым к кухонному применению и, в частности, к беспроводной передаче мощности на нагревательный элемент кухонного прибора, например, сковороды. Однако очевидно, что изобретение не ограничивается этим применением, но может применяться ко многим другим применениям и системам беспроводной передачи мощности. Описание также посвящено вариантам осуществления, совместимым со многими аспектами систем беспроводной передачи мощности Qi, но очевидно, что это лишь пример, и что описанные принципы и подходы не ограничиваются таким применением.
Фиг. 2 демонстрирует пример системы передачи мощности. Система передачи мощности содержит передатчик 201 мощности, которое включает в себя катушку/дроссель 203 передатчика (или подключен к ней/нему). Система дополнительно содержит приемник 205 мощности, который включает в себя катушку/дроссель 207 приемника (или подключен к ней/нему).
Система обеспечивает беспроводную индуктивную передачу мощности от передатчика 201 мощности к приемнику 205 мощности. В частности, передатчик 201 мощности генерирует электромагнитный сигнал передачи мощности (который для краткости также будет именоваться сигналом мощности или сигналом передачи мощности), который распространяется в виде магнитного потока катушкой 203 передатчика. Сигнал мощности обычно имеет частоту примерно от 20 кГц до 200 кГц. Катушка 203 передатчика и катушка 207 приемника слабо связаны, и, таким образом катушка 207 приемника воспринимает (по меньшей мере, частично) сигнал мощности от передатчика 201 мощности. Таким образом, мощность передается от передатчика 201 мощности к приемнику 205 мощности посредством беспроводной индуктивной связи от катушки 203 передатчика к катушке 207 приемника. Термин сигнал мощности/сигнал передачи мощности или электромагнитный сигнал передачи мощности может использоваться для обозначения магнитного или индуктивного сигнала между катушкой 203 передатчика и сущностью приема мощности (сигнала магнитного потока), но очевидно, что эквивалентно его также можно рассматривать и использовать как ссылку на электрический сигнал, обеспечиваемый катушке 203 передатчика.
В дальнейшем, работа передатчика 201 мощности и приемника 205 мощности будет описана с конкретной ссылкой на спецификацию Qi. В частности, передатчик 201 мощности и приемник 205 мощности могут быть, по существу, совместимыми с спецификацией Qi версии 1.0 или 1.1 (за исключением описанных здесь (или позднее) модификаций и расширений).
Для управления передачей мощности, система может проходить через разные фазы, в частности, фазу выбора, фазу проверки связи, фазу идентификации и конфигурации и фазу передачи мощности. Дополнительную информацию можно найти в главе 5 части 1 спецификации беспроводного питания Qi.
Первоначально, передатчик 201 мощности находится в фазе выбора, когда он лишь отслеживает потенциальное присутствие приемника мощности. С этой целью передатчик 201 мощности может использовать различные способы, например, описанные в спецификация беспроводного питания Qi. В случае обнаружения такого потенциального присутствия, передатчик 201 мощности входит в фазу проверки связи, на которой временно генерируется сигнал мощности. Приемник 205 мощности может применять принятый сигнал для включения питания своей электроники. После приема сигнала мощности, приемник 205 мощности передает начальный пакет на передатчик 201 мощности. В частности, передается пакет интенсивности сигнала, указывающий степень связи между передатчиком мощности и приемником мощности. Дополнительную информацию можно найти в главе 6.3.1 части 1 спецификации беспроводного питания Qi. Таким образом, в фазе проверки связи производится определение, присутствует ли приемник 205 мощности на интерфейсе передатчика 201 мощности.
После приема сообщения интенсивности сигнала передатчик 201 мощности переходит к фазе идентификации и конфигурации. На этой фазе, приемник 205 мощности оставляет свою выходную нагрузку отключенной и осуществляет связь с передатчиком 201 мощности с использованием нагрузочной модуляции. С этой целью передатчик 201 мощности обеспечивает сигнал мощности постоянной амплитуды, частоты и фазы (за исключением изменения, обусловленного нагрузочной модуляцией). Сообщения используются передатчиком 201 мощности для его конфигурирования по запросу приемника 205 мощности. Сообщения от приемника 205 мощности не передаются непрерывно, но передаются в интервалах.
После фазы идентификации и конфигурации система переходит к фазе передачи мощности, где происходит фактическая передача мощности. В частности, передав свое требование к мощности, приемник 205 мощности подключается к выходной нагрузке и подает на нее принятую мощность. Приемник 205 мощности отслеживает выходную нагрузку и измеряет ошибку управление между фактическим значением и желаемым значением некоторой рабочей точки. Он передает на передатчик 201 мощности такие ошибки управления на передатчик 201 мощности с минимальной частотой, например, каждые 250 мс для указания этих ошибок, а также желание изменить или не изменять сигнал мощности. Таким образом, в фазе передачи мощности, приемник 205 мощности также осуществляет нагрузочную модуляцию сигнала мощности в интервалах нагрузочной модуляции для передачи информации на передатчик 201 мощности. Очевидно, что альтернативно или дополнительно можно использовать другие подходы к связи.
Фиг. 3 демонстрирует пример тракта питания для обеспечения передачи мощности на электромагнитную нагрузку, например, в частности, нагревательный элемент (например, сковороду). Обеспечение мощности предусматривает использование передатчика 201 мощности, описанного со ссылкой на фиг. 2. Передатчик 201 мощности содержит источник 301 питания в форме преобразователя AC/DC, который выпрямляет входное напряжение переменного тока (например, сети электроснабжения). Выпрямленный сигнал сети электроснабжения поступает на преобразователь DC/AC в форме инвертора 303, который генерирует высокочастотный сигнал возбуждения, поступающий на резонатор 305 (настроенную цепь L-C), включающий в себя катушку передатчика. Система включает в себя электромагнитную нагрузку в форме нагревательной панели. Электромагнитная нагрузка может быть представлена катушкой 307 приемника и нагрузкой R_Sole 309 (представляющей нагружение электромагнитной нагрузки и, в частности, потери на вихревые токи в нагревательном элементе).
Фиг. 4 иллюстрирует формы волны напряжения тракта питания, показанного на фиг. 3. Напряжение сети электроснабжения Umains выпрямляется преобразователем 303 AC/DC в напряжение Udc_abs. Большой накопительный конденсатор, который используется для буферизации выпрямленного напряжения сети электроснабжения, обычно не применяется в этих видах применений, поскольку он увеличивает полное гармоническое искажение сети электроснабжения этого применения. В результате, преобразователь 303 AC/DC генерирует изменяющееся напряжение постоянного тока.
Вследствие характеристик выпрямленного напряжения Udc_abs, выходное напряжение Uac_HF инвертора 303 имеет форму, показанную на фиг. 4. Нормальная рабочая частота инвертора составляет примерно от 20 кГц до 100 кГц.
Катушка передатчика, совместно с катушкой 307 приемника и сопротивлением R_Sole 309 приемника, по существу, является нагрузкой инвертора 303. Однако, ввиду характера этой нагрузки (индуктивного и резистивного), для подавления индуктивной части нагрузки между инвертором 303 и этой нагрузкой обычно используется резонансный контур. Кроме того, резонансный контур обычно приводит к снижению коммутационных потерь инвертора 303.
Таким образом, в примере передатчик 201 мощности не передает мощность на традиционный приемник мощности для подачи электрической мощности на внешнюю нагрузку, но вместо этого подает мощность на электромагнитную нагрузку, которая непосредственно извлекает энергию из электромагнитного поля, генерируемого системой передачи мощности. Электромагнитная нагрузка, в частности, может содержать или состоять из проводящего элемента, в котором электромагнитный сигнал генерирует вихревые токи, приводящие к выделению тепла.
Кроме того, во многих вариантах осуществления, устройство или сущность электромагнитной нагрузки может не содержать функциональных возможностей для связи с передатчиком мощности, и, таким образом, функциональных возможностей для управления операцией передачи мощности. Действительно, электромагнитная нагрузка может быть просто проводящим элементом, например, нагревательной пластиной, с которой не связано никакой/их электроники или функциональных возможностей.
Один и тот же передатчик 201 мощности может, соответственно, использоваться в разных сценариях. В частности, он может использоваться с традиционным приемником 205 мощности, показанным в примере на фиг. 2 или он может использоваться с простой электромагнитной нагрузкой, имеющей ограниченные или, возможно, не имеющей функциональных возможностей для сопряжения с передатчиком 201 мощности.
В иллюстративном сценарии, передатчик 201 мощности может использоваться в условиях кухни для обеспечения беспроводного питания различных кухонных электроприборов, включающих в себя блендеры, кухонные комбайны, чайники, кастрюли, сковороды и т.д. В примере передатчик 201 мощности может входить в состав группы передатчиков мощности, которые могут одновременно обеспечивать мощность нескольким электроприборам. Некоторые из передатчиков мощности могут быть обеспечены в зоне варки, выполненной из жаропрочных материалов (например, керамики). Другие передатчики мощности могут быть обеспечены в зоне подготовки, выполненной из материала, который не является жаропрочным (например, кухонная столешница, выполненная из дерева). Таким образом, пользователь может оказываться в ситуации, когда он может иметь в своем распоряжении несколько позиций подачи мощности, некоторые из которых могут быть пригодны для электроприборов, которые могут сильно нагреваться, тогда как другие позиции подачи мощности могут быть непригодны для этих позиций. Однако временами пользователю может быть полезно использовать эти позиции также для подачи мощности на нагревательные приборы, которые могут сильно нагреваться.
В частности, передатчик 201 мощности может располагаться непосредственно под (или быть частью) нежаропрочной столешницы, что делает ее непригодной для нагревательных приборов, например, чайников, кастрюль и сковород. Однако, может быть желательным использовать этот передатчик мощности для обеспечения питания таких нагревательных приборов и, в частности, нагревательных приборов, которые могут обеспечивать тепло благодаря наведению вихревых токов в теплопроводящем элементе. Однако для максимизации отдачи мощности такие нагревательные элементы часто могут располагаться в части прибора, находящейся в наиболее тесном контакте с передатчиком мощности. В частности, для передатчика мощности в поверхности столешницы, прибор может быть сконструирован с нагревательным элементом на дне. В ходе эксплуатации нагревательный элемент также будет, соответственно, входить в контакт с поверхностью столешницы (как показано на фиг. 1). Это может приводить к повреждению столешницы, которая обычно не является жаропрочной.
Для решения этой проблемы, промежуточное устройство 501, которое может образовывать тепловой барьер, может внедряться между столешницей 503 и нагревательной пластиной/электромагнитной нагрузкой 505 как показано на фиг. 5. Промежуточное устройство 501 может быть выполнено из пригодного жаропрочного материала, например, из пригодной керамики. Промежуточное устройство 501 может быть реализовано в виде подноса или подставки, который/ую пользователь может поместить на столешницу, и затем пользователь может располагать на подносе/подставке прибор (например, кастрюлю или сковороду).
Однако, хотя это может позволять использовать незащищенную позицию подачи мощности (передатчик мощности) для обеспечения питания нагревательных устройств, это обычно также существенно увеличивает расстояние Z между передатчиком 201 мощности и электромагнитной нагрузкой 201. Таким образом, расстояние между катушкой передатчика мощности и нагревательной пластиной будет существенно увеличиваться, приводя к существенному ослаблению связи между ними.
Это приведет к необходимости более высоких токов в катушке 305 передатчика мощности для реализации захвата той же величины магнитного потока электромагнитной нагрузкой 505. Более высокие токи приводят к увеличению потерь в инверторе 303 и катушке 305 передатчика. Кроме того, более высокие токи и увеличенное расстояние между передатчиком 201 мощности и электромагнитной нагрузкой 505 приводят к увеличению потока утечки. Это создает проблемы с электромагнитной помехой (EMI) и электромагнитной силой (EMF). Например, Международная электротехническая комиссия (IEC) устанавливает международные стандарты для излучаемой и проводимой электромагнитной помехи, которую нужно учитывать для системы беспроводной передачи мощности, и эти требования могут становиться все более трудными для выполнения с увеличением расстояния между приемником мощности и передатчиком мощности.
Для решения таких вопросов, промежуточное устройство 501 в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения может содержать резонансный контур, включающий в себя дроссель и конденсатор. Резонансный контур может эффективно функционировать как ретранслятор мощности, направляющий магнитное поле к электромагнитной нагрузке. Резонансный контур часто может быть сформирован посредством одиночного дросселя и одиночного конденсатора. Однако очевидно, что в некоторых вариантах осуществления резонансный контур может включать в себя несколько дросселей и/или конденсаторов. Обычно такие схемы эквивалентны резонансному контуру, содержащему одиночные конденсатор и дроссель. Очевидно также, что резонансный контур может включать в себя другие компоненты, например, резисторы или иногда переключающие элементы.
Обычно цепь может образовывать простой (эквивалентный) параллельный резонансный контур, например, представленный на фиг. 6 (где показаны схема и дроссель в разрезе).
Очевидно, что эти вопросы не характерны для промежуточного устройства 501, образующего тепловой барьер, но также будут актуальны, когда промежуточное устройство 501 не обеспечивает тепловой барьер. Например, промежуточное устройство 501 может быть выполнено из того же материала, что и столешница 503 (в частности, дерева) и использоваться только для применений низкотемпературного нагревания (или для применений без нагревания). Действительно, в некоторых вариантах осуществления, допустимо даже использование промежуточного устройства 501, которое будет повреждено нагревательным элементом. Например, оно может быть выполнено из того же материала, что и столешница 503, но допустимо, например, что оно будет отмечено вследствие чрезмерного нагревания, поскольку оно, в отличие от столешницы 503, может быть дешевым и легко заменяемым. Таким образом, присутствие или функция теплового барьера промежуточного устройства 501 может иметь преимущество во многих вариантах осуществления, но не имеет особого значения, и во многих практических вариантах осуществления, можно обойтись без них.
Фиг. 5 иллюстрирует промежуточное устройство 501, содержащее ретранслятор 507 мощности, содержащий резонансный контур, в этом случае образованный дросселем Lrep (показанным в разрезе) и конденсатором Crep.
Промежуточное устройство 501 имеет первую область 509 поверхности, которая контактирует со столешницей 109 вблизи передатчика 101 мощности при использовании системы. Таким образом, промежуточное устройство 501 и, в частности, ретранслятор мощности/ резонансный контур 507 подключается к передатчику 101 мощности через первую область 509 поверхности. Передатчик 101 мощности, соответственно, генерирует первый электромагнитный сигнал/ поле/ поток, к которому ретранслятор 507 мощности подключается, в основном, через первую область 509 поверхности.
Кроме того, промежуточное устройство 501 содержит вторую область 511 поверхности, которая предназначена для контакта с электромагнитной нагрузкой 505 в ходе эксплуатации. В частности, нагревательный элемент нагревательного устройства может располагаться на второй области 511 поверхности.
Беспроводное питание подается на электромагнитную нагрузку 505 посредством второго магнитного сигнала/ поля/ потока, который, в основном, обеспечивается через вторую область 511 поверхности. Таким образом, связь электромагнитной нагрузки 505 с промежуточным устройством 501/ ретранслятором 507 мощности осуществляется, в основном, через вторую область 511 поверхности.
Вторая область 511 поверхности, в частности, может быть выполнена с возможностью подключения к электромагнитной нагрузки 505 за счет того, что она выполнена с возможностью приема электромагнитной нагрузки. Вторая область 511 поверхности может быть выполнена с возможностью прикасаться, присоединяться, подключаться или покоиться на поверхности электромагнитной нагрузки 505 или может обеспечивать область поверхности для размещения на ней электромагнитной нагрузки 505.
Первая область 509 поверхности, в частности, может быть выполнена с возможностью подключения к передатчику 201 мощности за счет того, что она выполнена с возможностью приема передатчика 201 мощности. Первая область 509 поверхности может быть выполнена с возможностью прикасаться, присоединяться, подключаться или покоиться на поверхности передатчика 201 мощности или может обеспечивать область поверхности для размещения на ней передатчика 201 мощности.
В промежуточном устройстве 501 резонансный контур включает в себя дроссель и конденсатор, где дроссель выполнен с возможностью подключения к передатчику 201 мощности через первую область 509 поверхности и к электромагнитной нагрузке 505 через вторую область 511 поверхности. Резонансный контур позволяет концентрировать энергию электромагнитного сигнала передачи мощности от первой области 509 поверхности ко второй области 511 поверхности. В частности, резонансный контур позволяет концентрировать/увеличивать плотность электромагнитного потока через вторую область поверхности (по сравнению с ситуацией, когда резонансный контур отсутствует).
В конкретном примере, большая часть магнитного потока, достигающего ретранслятора мощности/ резонансного контура и, в частности, дросселя Lrep, делает это через первую область 509 поверхности. Этот поток можно рассматривать как соответствующий первому магнитному сигналу. Аналогично, большая часть магнитного потока, достигающего электромагнитной нагрузки 505 от ретранслятора мощности/ резонансного контура и, в частности, от дросселя L, делает это через вторую область 511 поверхности. Этот поток можно рассматривать как соответствующий второму магнитному сигналу.
Глубина теплового барьера обычно существенна, и действительно, во многих вариантах осуществления, расстояние между второй областью 511 поверхности и первой областью 509 поверхности составляет, по меньшей мере, 1 см, 2 см, 3 см или даже 5 см. Такие значительные глубины могут обеспечивать очень эффективную тепловую изоляцию и защиту. Действительно, обычно это позволяет обеспечить теплоизоляцию очень горячих нагревательных элементов от термочувствительных рабочих поверхностей. Однако связанный недостаток состоит в том, что прямая связь между передатчиком 201 мощности и электромагнитной нагрузкой 505 может существенно ослабевать, приводя к увеличенным потерям мощности и т.д. В описанном подходе эти недостатки сглаживаются тепловым барьером, содержащим ретранслятор 507 мощности.
В частности, ретранслятор 507 мощности выполнен с возможностью концентрации энергии второго электромагнитного сигнала ко второй области 511 поверхности. В частности, ретранслятор 507 мощности может эффективно действовать как магнитная линза, которая концентрирует поток из первого электромагнитного сигнала для обеспечения второго электромагнитного сигнала. Ретранслятор 507 мощности достигает концентрации магнитного поля благодаря колебанию в резонансном контуре тока, наведенного первым электромагнитным сигналом. В сущности, резонансный контур подключается к передатчику 201 мощности и к электромагнитной нагрузке 505, что приводит к концентрации магнитного потока от передатчика 201 мощности при подаче на электромагнитную нагрузку 505. Подход может позволять определять общую связь между катушкой передатчика мощности и электромагнитной нагрузкой 505 согласно расстояниям между катушкой передатчика мощности и ретранслятором 507 мощности и между ретранслятором 507 мощности и электромагнитной нагрузкой 505, а не согласно полному расстоянию между катушкой передатчика мощности и электромагнитной нагрузкой 505.
Резонансный контур может эффективно связывать расстояние между катушкой передатчика и электромагнитной нагрузкой (нагревательным элементом), резонируя на или вблизи частоты сигнала мощности, генерируемого передатчиком мощности. Резонансная частота frepeater резонансного контура может определяться дросселем Lrep и конденсатором Crep, согласно следующей формуле:
Значение индуктивности Lrep резонансного контура можно измерять в воздухе без электромагнитной нагрузки или передатчика 201 мощности вблизи. Типичные значения Lrep и Crep могут составлять 200 мкГн и 200 нФ соответственно, что дает резонансную частоту frepeater 25 кГц. Однако очевидно, что конкретные значения будут зависеть от отдельных вариантов осуществления и конкретной резонансной частоты.
Когда резонансная частота резонансного контура правильно настроена на частоту сигнала мощности, в резонансном контуре наводится резонансный ток Irep. При этом условии линии магнитного поля внутри области контура в точности синфазны с линиями магнитного поля, генерируемыми передатчиком 201 мощности. В результате, линии магнитного поля первой поверхности направляются ко второй поверхности, т.е. линии магнитного поля от передатчика 201 мощности направляются к электромагнитной нагрузке 505.
В типичной операции, резонансная частота резонансного контура ретранслятора мощности может сдвигаться, например, вследствие присутствия нагрузки, тепловых изменений и т.д. В некоторых вариантах осуществления система, и, в частности, передатчик мощности, может быть выполнена с возможностью динамически адаптироваться к таким изменениям. Например, рабочая частота/частота возбуждения может адаптироваться для согласования сдвинутой резонансной частоты (например, на основании отыскания экстремума для измерений эффективного импеданса резонансного контура в передатчике мощности).
Фиг. 7 демонстрирует изображение трехмерного вида реализации приемника мощности/ резонансного контура 507. Типичные диаметры дросселя могут находиться в диапазоне 10 см - 25 см.
Таким образом, описанный подход может обеспечивать средство, например, использования теплового барьера для обеспечения теплоизоляции и защиты между передатчиком 201 мощности и электромагнитной нагрузкой 505, с уменьшением и ослаблением влияния на передачу мощности. В частности, увеличенное расстояние между передатчиком 201 мощности и электромагнитной нагрузкой 505, необходимое для создания теплового барьера покрывается ретранслятором мощности в объеме теплового барьера.
В примере, вторая область 511 поверхности и первая область 509 поверхности находятся на противоположных поверхностях промежуточного устройства 501, т.е. они противоположны друг другу. Однако очевидно, что, хотя во многих сценариях это может быть практической реализацией, геометрическая взаимосвязь между поверхностями может различаться в других вариантах осуществления.
Аналогично, первая область 509 поверхности в примере выполнена с возможностью позволять промежуточному устройству 501 контактировать и, в частности, покоиться на передатчике 201 мощности/столешнице. Аналогично, вторая область 511 поверхности выполнена с возможностью приема электромагнитной нагрузки 505, когда, в частности, является нагревательным прибором. Вторая область 511 поверхности, в частности, может быть предназначена для того, чтобы на ней покоилась электромагнитная нагрузка 505 при подаче питания. Кроме того, в примере, вторая область 511 поверхности и первая область 509 поверхности, по существу, горизонтальны в ходе эксплуатации. Однако очевидно, что в других вариантах осуществления, поверхности могут иметь другие характеристики и иначе подключаться к передатчику 201 мощности и электромагнитной нагрузке 505.
В системе, промежуточное устройство 501 является сущностью, отдельной от передатчика 201 мощности и электромагнитной нагрузкой 505. Это может, например, позволять реализовать промежуточное устройство 501 в виде теплового барьера в форме подставки, которая может располагаться в позициях обеспечения мощности кухонной зоны подготовки, при использования с нагревательными приборами.
Таким образом, промежуточное устройство 501 может обеспечивать теплоизоляцию и, кроме того, покрывать расстояние между передатчиком 201 мощности и электромагнитной нагрузкой 505 резонансной катушкой (ретранслятором мощности), которая подает сигнал мощности на варочное оборудование. Однако, помимо (необязательной) тепловой защиты промежуточного устройства (для которого обеспечение тепловой защиты не является существенным признаком) и повышенной эффективности передачи мощности, достигаемой ретранслятором мощности, промежуточное устройство 501 может дополнительно обеспечивать функциональные возможности, помогающие в операции и управлении передачей мощности.
Фиг. 8 иллюстрирует примеры некоторых элементов промежуточного устройства 501 в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. Промежуточное устройство 501 содержит резонансный контур 507, содержащий дроссель 801 (Lrep) и конденсатор 803 (Crep). Как описано, резонансный контур 507 выполнен с возможностью концентрации плотности магнитного потока через вторую область 511 поверхности, т.е. для концентрации электромагнитного сигнала от передатчика 201 мощности к электромагнитной нагрузке 505.
Промежуточное устройство 501 дополнительно содержит контроллер 805, который может быть выполнен с возможностью адаптации операции управления мощностью передатчика 201 мощности путем обмена одного или более сообщениями с передатчиком 201 мощности.
Контроллер 805 подключен к блоку 807 приема/передачи, который выполнен с возможностью обмена сообщениями с передатчиком 201 мощности. В настоящем примере блок 807 приема/передачи выполнен с возможностью передачи сообщений на передатчик 201 мощности посредством нагрузочной модуляции электромагнитного сигнала передачи мощности, генерируемого передатчиком 201 мощности. Соответственно, блок 807 приема/передачи содержит переменный импеданс 809, который нагружает резонансный контур и в конкретном примере подключен параллельно резонирующим компонентам параллельного резонансного контура. Переменный импеданс 809 управляется блоком 807 приема/передачи, который путем изменения импеданса, может генерировать изменения нагрузочной модуляции, которые могут обнаруживаться передатчиком 201 мощности известным специалисту в данной области техники образом.
В примере блок 807 приема/передачи также может быть выполнен с возможностью приема сообщений от передатчика 201 мощности. В примере передатчик 201 мощности может осуществлять связь путем модуляции электромагнитного сигнала передачи мощности, например, путем применения амплитудной или частотной модуляции.
Промежуточное устройство 501 содержит измеритель 811 сигнала, который выполнен с возможностью измерения свойства сигнала резонансного контура. Например, можно измерять ток через дроссель. Измеритель 811 сигнала может, например, измерять мгновенную амплитуду или частоту тока и подавать эти значения на блок 807 приема/передачи, который затем может переходить к демодуляции сигнала для генерации принятых сообщений.
В примере контроллер 805 передачи мощности может, таким образом, быть выполнен с возможностью управления элементами операции передачи мощности путем обмена сообщениями с передатчиком 201 мощности. Аспекты управления операцией передачи мощности и сообщения, используемые для этого, будут изменяться между разными вариантами осуществления.
Во многих вариантах осуществления, промежуточное устройство 501 может быть выполнено с возможностью инициирования или поддержания инициирования передачи мощности путем обмена сообщениями которыми электромагнитная нагрузка 505 не способна обмениваться. Например, передатчик 201 мощности может быть выполнен с возможностью передачи сообщений установки идентификации и конфигурации для инициализации передачи мощности.
Альтернативно или дополнительно, промежуточное устройство 501 может быть выполнено с возможностью поддержки передачи мощности в ходе фазы передачи мощности путем обмена сообщениями фазы передачи мощности, которыми электромагнитная нагрузка 505 не способна обмениваться. Например, промежуточное устройство 501 может быть выполнено с возможностью передачи сообщений ошибки контура управления мощностью в ходе фазы передачи мощности.
Действительно, в некоторых вариантах осуществления, промежуточное устройство 501 может быть выполнено с возможностью осуществления всего необходимого управления передачей мощности и ее поддержания, передатчиком 201 мощности, и действительно, промежуточное устройство 501 может быть единственным устройством, с которым взаимодействует передатчик 201 мощности. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления, электромагнитная нагрузка 505 может быть просто нагревательным элементом, например, проводящим элементом без каких-либо других функциональных возможностей, и промежуточное устройство 501 может обеспечивать все функциональные возможности, необходимые передатчику 201 мощности для операции передачи мощности. Действительно, промежуточное устройство 501 в некоторых таких примерах может эффективно рассматриваться для осуществления полных функциональных возможностей приемника мощности, но без фактического отбора основной мощности промежуточным устройством 501, но, напротив, непосредственно в электромагнитной нагрузке 505 путем открывания электромагнитной нагрузке 505 передачи мощности.
Нижеследующее описание будет сосредоточено на примерах, где электромагнитная нагрузка 505 не содержит функциональных возможностей для поддержки операции передачи мощности, и все управление и взаимодействия с передатчиком 201 мощности обеспечивается промежуточным устройством 501. Однако очевидно, что в других вариантах осуществления, электромагнитная нагрузка 505 может, по меньшей мере, частично содержать функциональные возможности для поддержки передачи мощности, и, в частности, может содержать функциональные возможности для передачи, по меньшей мере, некоторых сообщений.
Чтобы промежуточное устройство 501 эффективно поддерживало и управляло операцией, необходимо, чтобы оно определяло, действительно ли присутствует электромагнитная нагрузка 505. Например, передача мощности должна осуществляться только, если нагревательный элемент (например, сковорода) действительно присутствует. Таким образом, промежуточное устройство 501 должно само содержать функциональные возможности, которые позволяют ему обнаруживать, присутствует ли электромагнитная нагрузка 505.
Однако при этом желательно, чтобы сложность промежуточного устройства 501 оставалась как можно более низкой, и, в частности, желательно, чтобы операция промежуточного устройства 501 достигалась без необходимости в этом для подключения к внешнему источнику питания или необходимости в локальном хранилище энергии, например, батареи.
Промежуточное устройство 501, показанное на фиг. 8, содержит функциональные возможности, которые позволяют ему обнаруживать присутствие электромагнитной нагрузки 505 и во многих вариантах осуществления это дополнительно это может достигаться без необходимости для промежуточного устройства 501 любой другой мощности помимо обеспечиваемой передатчиком 201 мощности.
В промежуточном устройстве 501, показанном на фиг. 8, блок 807 приема/передачи выполнен с возможностью передачи сообщения запроса на передатчик 201 мощности, где сообщение запроса содержит (или образует) запрос передатчику 201 мощности для генерации электромагнитного сигнала измерения. Обычно это сообщение запроса может генерироваться и передаваться на передатчик 201 мощности в моменты времени, когда никакой операции передачи мощности не осуществляется, т.е. в неактивном/дежурном/спящем режиме.
В ответ на прием сообщения запроса, передатчик 201 мощности переходит к генерации электромагнитного сигнала измерения.
Промежуточное устройство 501 дополнительно содержит процессор 813 индикации нагрузки, который выполнен с возможностью определения индикации нагрузки, которая указывает нагружение электромагнитного сигнала измерения.
В некоторых вариантах осуществления может генерироваться электромагнитный сигнал измерения, имеющий такие же свойства (т.е. частоту/источник) и т.д., как электромагнитный сигнал передачи мощности, т.е. электромагнитный сигнал измерения, в сущности, может быть сигналом передачи мощности с пригодной амплитудой. В подобных случаях индикация нагрузки может генерироваться в ответ на свойство электрического сигнала. Например, индикация нагрузки может генерироваться на основании измерений (например, произведенных измерителем 811 сигнала), например, тока дросселя 801.
Например, для электромагнитного сигнала измерения, действующего вблизи резонанса, обычно бывает возможно, что чем ниже ток, тем выше нагружение (т.е. тем выше отбор мощности) электромагнитного сигнала измерения.
В отсутствие нагрузки (т.е. отбора мощности), резонансный контур не будет демпфироваться нагрузкой, что приведет к повышению тока в дросселе резонансного контура ретранслятора мощности. При наличии нагрузки (т.е. отбора мощности), резонансный контур будет демпфироваться, что приведет к снижению тока в дросселе.
Другой вариант предусматривает настройку частоты сигнала измерения таким образом, что ток в дросселе ретранслятора достигает максимума в отсутствие нагрузки. Подключение нагрузки может расстраивать резонанс цепи, приводя к снижению тока в дросселе резонансного контура ретранслятора мощности.
Таким образом, в ряде случаев, сниженный ток через дроссель указывает присутствие электромагнитной нагрузки.
В некоторых вариантах осуществления вышеописанный коэффициент демпфирования и вышеописанный коэффициент расстройки можно комбинировать для обнаружения снижения тока в дросселе ретранслятора мощности, когда нагрузка входит в электромагнитное поле. Таким образом, такой ток может использоваться в качестве индикации нагрузки, причем снижение индикации нагрузки указывает присутствие электромагнитной нагрузки.
Таким образом, в этом случае, индикация нагрузки может определяться из измерений самим промежуточным устройством 501.
В других вариантах осуществления, индикация нагрузки может, например, генерироваться в ответ на прием сообщения от передатчика 201 мощности. Например, передатчик 201 мощности может измерять параметры, указывающие нагружение резонансного контура передатчика, например, ток катушки передатчика, и может передавать их на промежуточное устройство 501. Затем блок 807 приема/передачи может ретранслировать эту информацию на процессор 813 индикации нагрузки, который приступает к использованию этих значений для определения индикации нагрузки. В других вариантах осуществления передатчик 201 мощности может вычислять значение нагрузки и передавать его промежуточному устройству 501, которое может выводить индикацию нагрузки, например, непосредственно используя принятое значение.
Процессор 813 индикации нагрузки подключен к детектору 815, который выполнен с возможностью обнаружения присутствия электромагнитной нагрузки 505 в ответ на индикацию нагрузки. Например, если индикация нагрузки указывает, что нагружение электромагнитного сигнала измерения выше заданного порога, то электромагнитная нагрузка 505 считается присутствующей, и в противном случае она считается отсутствующей.
Детектор 815 подключен к контроллеру 805, который может адаптировать свою работу в ответ на результат обнаружения. В частности, свойство обмена сообщениями можно модифицировать или адаптированный в зависимости от того, обнаружено ли присутствие электромагнитной нагрузки. Например, если детектор 815 обнаруживает присутствие электромагнитной нагрузки 505, контроллер 805 передачи мощности может переходить к инициированию новой операции передачи мощности для подачи мощности на электромагнитную нагрузку 505. Например, контроллер 805 передачи мощности может управлять блоком 807 приема/передачи для передачи сообщения запроса передачи мощности на передатчик 201 мощности.
Фиг. 9 демонстрирует пример некоторых элементов передатчика 201 мощности в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения.
Передатчик 201 мощности содержит резонансный контур, содержащий емкостной импеданс 903 и индуктивный импеданс, содержащий катушку 905 передатчика для генерации электромагнитного сигнала передачи мощности для беспроводной передачи мощности на электромагнитную нагрузку 505. Таким образом, возбудитель 901 генерирует сигнал возбуждения для резонансного контура, включающего в себя катушку 905 передатчика таким же образом, как описано ранее (например, со ссылкой на фиг. 2-5).
Кроме того, передатчик 201 мощности содержит блок приема/передачи сообщений или приемопередатчик 907, который выполнен с возможностью передачи сообщений с помощью промежуточного устройства 501. Приемопередатчик 907 сообщений, в частности, может быть выполнен с возможностью передачи сообщений на промежуточное устройство 501 путем модуляции сигнала возбуждения с использованием, например, амплитудной или частотной модуляции (путем управления работой инвертора) и имеет возможность приема сообщений от промежуточного устройства 501 путем обнаружения нагрузочной модуляции сигнала передачи мощности. Например, приемопередатчик 907 сообщений может обнаруживать изменения тока через катушку 905 передатчика и в ответ на это обнаруживать нагрузочную модуляцию.
Приемопередатчик 907 сообщений подключен к процессору 909 сообщений, который выполнен с возможностью определения и обработки принятых сообщений. В частности, процессор 909 сообщений выполнен с возможностью обнаружения при приеме сообщения запроса, запрашивающего передатчик 201 мощности для генерации электромагнитного сигнала измерения. В частности, процессор 909 сообщений может оценивать данные принятых сообщений для проверки, соответствуют ли они данным для такого сообщения запроса.
Передатчик 201 мощности дополнительно содержит генератор 901, 911 электромагнитного сигнала, который подключен к процессору 909 сообщений и который выполнен с возможностью генерации электромагнитного сигнала измерения в ответ на обнаружение сообщения запроса. Таким образом, когда процессор 909 сообщений обнаруживает, что сообщение запроса измерения принято, он информирует генератор 901, 911 электромагнитного сигнала, который затем переходит к генерации электромагнитного сигнала измерения. В данном случае, генератор 901, 911 электромагнитного сигнала образован контроллером 911 генератора сигнала и инвертором 901, причем контроллер 911 генератора сигнала управляет инвертором 901 для генерации сигнала возбуждения, который поступает на резонансный контур для генерации электромагнитного сигнала измерения.
Таким образом, в описанной системе, промежуточное устройство 501 выполнено с возможностью обнаружения, присутствует ли электромагнитная нагрузка 505, и может соответственно адаптировать свою работу управления мощностью. Адаптация операции управления мощностью достигается путем обмена сообщениями в зависимости от того, обнаружено ли присутствие электромагнитной нагрузки. Однако обнаружение не основано на сигнале, генерируемом промежуточным устройством 501, но основано на сигнале, генерируемом передатчиком 201 мощности под управлением промежуточного устройства 501. Этот подход может обеспечивать эффективный подход с преимущественным распределением функциональных возможностей и, в частности, может позволять промежуточному устройству 501 управлять операцией передачи мощности, например, без необходимости в отдельном питании промежуточного устройства 501.
В конкретном примере, электромагнитный сигнал измерения генерируется в соответствии с электромагнитным сигналом передачи мощности. В частности, он генерируется с использованием катушки 905 передатчика, которая также используется для генерации электромагнитного сигнала передачи мощности (для краткости именуемого сигналом передачи мощности). Дополнительно, он может генерироваться в той же полосе/интервале/ диапазоне частот, что и сигнал передачи мощности. В частности, сигнал передачи мощности обычно может находиться в диапазоне 50 кГц - 200 кГц, и электромагнитный сигнал измерения также может генерироваться в этом диапазоне. Действительно, во многих вариантах осуществления, электромагнитный сигнал измерения может генерироваться неотличимым от сигнала передачи мощности (хотя, возможно, с более низким уровнем мощности).
Использование электромагнитного сигнала измерения, который соответствует сигналу передачи мощности, может обеспечивать различные преимущества во многих вариантах осуществления, в том числе, например, позволяя повторно использовать схемы, также используемые для передачи мощности. Таким образом, подход может позволять подход низкой сложности во многих вариантах осуществления.
Очевидно, что разные подходы и параметры для определения индикации нагрузки могут использоваться в разных вариантах осуществления. Во многих вариантах осуществления, индикация нагрузки может определяться как указывающая импеданс, по меньшей мере, одного из резонансного контура передатчика 201 мощности и резонансного контура промежуточного устройства 501. Импеданс этих резонансных контуров будет изменяться при изменении нагружения электромагнитного поля, генерируемого передатчиком 201 мощности. В частности, импеданс резонансных контуров будет изменяться в зависимости от того, присутствует ли электромагнитная нагрузка 505.
В некоторых вариантах осуществления, промежуточное устройство 501 может быть выполнено с возможностью генерации индикации нагрузки на основании локально определенных свойств, связанных с электромагнитным сигналом измерения. В частности, процессор 813 индикации нагрузки может быть выполнен с возможностью определения индикации нагрузки в ответ на измерение свойства электромагнитного сигнала передачи мощности, и, в частности, процессор 813 индикации нагрузки может определять индикацию нагрузки в ответ на измерение сигнала резонансного контура промежуточного устройства 501 (причем сигнал зависит от нагружения электромагнитного сигнала измерения).
В частности, процессор 813 индикации нагрузки может регистрировать ток через дроссель 801 и/или напряжение на дросселе 801/ конденсаторе 803. На основании измерений, можно вычислять индикацию нагрузки, т.е. как эффективный импеданс дросселя 801, определенный как фаза между напряжением на нем и током через него. В некоторых вариантах осуществления индикация нагрузки может определяться непосредственно как мера, например, тока через дроссель 801 или напряжения на нем. Индикация нагрузки может, например, указывать резистивный элемент импеданса дросселя 801 с более высоким резистивным (омическим) значением, отражающим более низкое нагружение.
Детектор 815 может переходить к определению, присутствует ли электромагнитная нагрузка 505, на основании сравнения индикации нагрузки с опорным значением. Например, если индикация нагрузки указывает нагружение электромагнитного сигнала измерения, которое отличается от опорного значения, то это указывает присутствие электромагнитной нагрузки 505, и если ниже опорного значения, то можно считать, что электромагнитная нагрузка 505 отсутствует. В некоторых вариантах осуществления это опорное значение может быть порогом обнаружения.
Очевидно, что обнаружение присутствия электромагнитной нагрузки в некоторых вариантах осуществления может быть результатом превышения порога обнаружения, и в других вариантах осуществления может быть результатом снижения индикации нагрузки ниже порога обнаружения. Например, во многих вариантах осуществления, ток через дроссель ретранслятора мощности может быть более низким в присутствии электромагнитной нагрузки, чем в ее отсутствие. В таких сценариях, присутствие электромагнитной нагрузки можно обнаружить, если индикация нагрузки, отражающая ток через дроссель, ниже порога.
В некоторых вариантах осуществления опорное значение может быть заранее определенным значением, например, значением, определенным в ходе проектирования или на фазе производства. Такой статический подход может быть пригоден, например, для применений, где сценарий, в котором осуществляются определения, можно рассматривать каждый раз в достаточной степени одинаковым. Например, передатчик 201 мощности может быть выполнен с возможностью генерации электромагнитного сигнала измерения с заранее определенным уровнем мощности, промежуточное устройство 501 может физически сопрягаться (например, смыкаться) с передатчиком 201 мощности (катушкой 905 передатчика) и электромагнитной нагрузкой 505 (например, сковородой) таким образом, что физическая компоновка всегда, по существу, одинакова, и характеристики электромагнитной нагрузки 505 могут считаться, достаточно статическими (например, промежуточное устройство 501 всегда может использоваться с одним и тем же типом сковороды). В таких примерах опорное значение, таким образом, может быть постоянным значением, которое, например, может быть запрограммировано в детектор 815.
Однако, во многих вариантах осуществления, опорное значение динамически определяется на основании предыдущих измерений. В частности, детектор 815 может быть выполнен с возможностью определения опорного значения на основании предыдущего измерения свойств электромагнитного сигнала измерения, например, в частности, измерения импеданса или тока дросселя 801.
Например, процессор 813 индикации нагрузки может периодически осуществлять обнаружение и, таким образом, периодически определять индикацию нагрузки, например, ток катушки для дросселя. Детектор 815 может отфильтровать на пропускание низкочастотные значения индикации нагрузки для определения средней индикации нагрузки (в пригодном интервале времени) и он может использовать это фильтрованное на пропускание низкочастотное/усредненное значение индикации нагрузки как опорное значение для определений. Таким образом, если ток через дроссель выше среднего, детектор 815 рассматривает его как индикацию присутствия электромагнитной нагрузки 505 и в противном случае он рассматривает его как индикацию отсутствия электромагнитной нагрузки 505.
В некоторых вариантах осуществления, опорное значение может определяться выборочно в ответ на измерения, которые, вероятно, отражают ситуацию отсутствия электромагнитной нагрузки 505. Например, среднее значение тока через дроссель может определяться только в ответ на значения дросселя, для которых детектор 815 указывает отсутствие электромагнитной нагрузки 505. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления, детектор 815 может быть выполнен с возможностью обнаружения, присутствует ли электромагнитная нагрузка 505, в ответ на сравнение индикации нагрузки и предыдущей индикации нагрузки, для которой электромагнитная нагрузка 505 отсутствовала.
Во многих вариантах осуществления, генератор 901, 911 электромагнитного сигнала выполнен с возможностью генерации электромагнитного сигнала измерения, имеющего свойства, которые соответствуют ранее сгенерированному электромагнитному сигналу измерения. В частности, может генерироваться электромагнитный сигнал измерения, имеющий, по существу, одни и те же свойства каждый раз, когда он генерируется. В частности, частота и/или, в частности, уровень мощности генерируемого электромагнитного сигнала может быть одинаковым всякий раз, когда генерируется электромагнитный сигнал измерения.
В некоторых вариантах осуществления свойства могут быть заранее определенными или могут, например, определяться в ответ на конкретные запросы промежуточного устройства 501.
Использование одних и тех же свойств может позволять точнее обнаруживать и, в частности, может позволять сравнивать текущие значения с предыдущими значениями, чтобы более точно отражать изменения внешних условий и, в частности, присутствует ли электромагнитная нагрузка 505.
В некоторых вариантах осуществления, система может быть выполнена с возможностью установления связи между электромагнитным сигналом измерения и (предполагаемыми) измеренными сигналами. В частности, может определяться связь, которая выражает предположительное изменение индикации нагрузки как функцию свойств электромагнитного сигнала измерения для, по меньшей мере, одной из ситуации, когда электромагнитная нагрузка присутствует, и ситуации, когда электромагнитная нагрузка отсутствует (обычно она может отражать предполагаемое соотношение, когда электромагнитная нагрузка отсутствует, поскольку это обычно легче предсказать).
Если такая связь устанавливается для некоторого диапазона свойств электромагнитного сигнала измерения, может быть менее значимым, чтобы опорный сигнал имел согласованные свойства, поскольку изменения можно скомпенсировать при обнаружении. Например, присутствие нагрузки можно считать обнаруженным, когда связь между известными свойствами электромагнитного сигнала измерения и индикацией нагрузки, определенной на основании измерений, отличается от предполагаемой связи.
Надежное обнаружение, присутствует ли электромагнитная нагрузка 505, позволяет промежуточному устройству 501 эффективно управлять операцией передачи мощности. В частности, это может позволять промежуточному устройству 501 инициировать передачу мощности, не опасаясь, что это может произойти в отсутствие электромагнитной нагрузки 505.
Во многих вариантах осуществления, контроллер 805 передачи мощности может быть выполнен с возможностью инициализации фазы передачи мощности в ответ на обнаружение присутствия электромагнитного сигнала путем обмена сообщениями управления передачей мощности с передатчиком 201 мощности. В частности, контроллер 805 передачи мощности может управлять блоком 807 приема/передачи для передачи запроса инициализации мощности на передатчик 201 мощности. Во многих вариантах осуществления, контроллер 805 передачи мощности может быть выполнен с возможностью перехода к поддержке полной инициализации передачи мощности путем осуществления взаимодействия с передатчиком 201 мощности, необходимым для инициализации передачи мощности.
Например, для Qi-совместимой системы, контроллер 805 передачи мощности может быть выполнен с возможностью поддержки идентификации и конфигурации путем обмена необходимых сообщений установления и конфигурации.
В некоторых вариантах осуществления, промежуточное устройство 501 может включать в себя экстрактор мощности (не показан), который выполнен с возможностью извлечения мощности из электромагнитного сигнала, генерируемого передатчиком 201 мощности, для, по меньшей мере, частичного обеспечения питания промежуточного устройства 501, и блок приема/передачи выполнен с возможностью передачи сообщения запроса на передатчик 201 мощности в процессе включения питания.
Таким образом, в таких вариантах осуществления, промежуточное устройство 501 может, например, активироваться, когда передатчик 201 мощности генерирует электромагнитный сигнал, и затем может переходить к генерации запроса передатчику 201 мощности для генерации электромагнитного сигнала измерения. Например, в примере Qi, передатчик 201 мощности может в ходе фазы выбора регулярно генерировать электромагнитный сигнал для обнаружения, присутствуют ли какие-либо объекты. Этот сигнал может обнаруживаться промежуточным устройством 501 и использоваться для генерации сигнала источника питания, позволяя обеспечивать питание функциональных возможностей, необходимых для запрашивания генерации электромагнитного сигнала измерения. В ответ, передатчик 201 мощности генерирует электромагнитный сигнал измерения, и промежуточное устройство 501 может переходить к осуществлению процесса обнаружения. Для этой операции мощность можно извлекать из электромагнитного сигнала измерения.
В порядке конкретного примера, когда промежуточное устройство 501 располагается поверх Qi-совместимого передатчика 201 мощности, присутствие объекта можно обнаруживать путем измерения изменения импеданса, и, соответственно, оно будет выходить из дежурного режима. Промежуточное устройство 501 может использовать мощность электромагнитного сигнала, генерируемого передатчиком 201 мощности (например, предыдущего сигнала обнаружения объекта или несущей связи, обеспеченной для связи) для включения питания необходимой схемы (включающей в себя, по меньшей мере, часть контроллера 805 передачи мощности). Контроллер 805 передачи мощности управляет блоком 807 приема/передачи для нагрузочной модуляции электромагнитного сигнала для передачи начальных сообщений на передатчик 201 мощности, таким образом, указывая передатчику 201 мощности, что он является пригодным приемником мощности. Контроллер 805 передачи мощности может запрашивать этот передатчик 201 мощности генерировать электромагнитный сигнал измерения, что позволяет обнаруживать, присутствует ли какая-либо электромагнитная нагрузка 505 (это также может обеспечивать мощность на промежуточное устройство 501).
Если контроллеру 805 передачи мощности не указано, что электромагнитная нагрузка 505 (например, сковорода) присутствует поверх промежуточного устройства 501, он может указывать передатчику 201 мощности, что он не нуждается ни в какой мощности, путем передачи соответствующего сообщения и/или останавливать передачу сообщений. Приняв такую индикацию и/или не получив от промежуточного устройства 501 никаких сообщений в течение некоторого времени, передатчик 201 мощности может завершать генерацию электромагнитного сигнала и может возвращаться в дежурный режим, где он будет продолжать отслеживать любое изменение импеданса, обусловленное объектами.
Однако присутствие промежуточного устройства 501 может означать, что передатчик 201 мощности не может надежно обнаруживать, присутствует ли электромагнитная нагрузка 505. Хотя присутствие промежуточного устройства 501 может приводить к тому, что передатчик 201 мощности будет считать объект потенциально присутствующим и может, соответственно, переходить к инициализации процесса определения, действительно ли такой объект является приемником мощности.
В ответ на сигнал обнаружения объекта промежуточное устройство 501 может активироваться и определять, присутствует ли электромагнитная нагрузка 505, с целью перехода к инициализации передачи мощности. Однако сигнала обнаружения объекта может быть недостаточно для этого и/или он может не присутствовать достаточно долго. Таким образом, промежуточное устройство 501 может переходить к запрашиванию генерации электромагнитного сигнала измерения, и на этом основании промежуточное устройство 501 может определять, присутствует ли электромагнитная нагрузка 505.
Если электромагнитная нагрузка присутствует, промежуточное устройство 501 переходит к инициализации передачи мощности путем обмена необходимыми сообщениями с передатчиком 201 мощности, таким образом, обуславливая инициализацию передачи мощности. Если же операция обнаружения указывает, что электромагнитная нагрузка 505 отсутствует, промежуточное устройство 501 переходит к окончанию операции передачи мощности. Таким образом, в этом случае, инициализация передачи мощности заканчивается, и передатчик 201 мощности, и, действительно, промежуточное устройство 501 могут возвращаться в дежурную или спящую фазу, которая, в частности, может соответствовать фазе выбора.
В некоторых вариантах осуществления, такой сигнал обнаружения объекта может быть непригоден для обеспечения питания промежуточного устройства 501. Например, он может быть недостаточно сильным для обеспечения необходимой мощности. В некоторых таких сценариях (или действительно более широко), снабжение питанием промежуточного устройства 501 может не опираться на сигнал обнаружения объекта (например, обеспеченный в фазе выбора для системы Qi), но может, например, опираться на извлечение мощности из более мощного электромагнитного сигнала, обеспеченного в ответ на потенциальное обнаружение объекта передатчиком мощности.
Например, снабжение питанием промежуточного устройства 501 могут базироваться на сигнале мощности проверки связи, применяемом в фазе идентификации и конфигурации Qi.
Даже если электромагнитный сигнал обнаружения объекта, генерируемый передатчиком мощности, недостаточно силен для активации и обеспечения питания промежуточного устройства 501, он все же может использоваться передатчиком мощности для оценивания присутствия нагрузки помимо присутствия промежуточного устройства. Действительно, во многих вариантах осуществления, передатчик мощности может обнаруживать изменение импеданса и переходить к следующей фазе, т.е. фазе проверки связи для Qi. Однако это часто бывает менее точным определением, чем с использованием особого электромагнитного сигнала измерения и может осложнять взаимодействие с промежуточным устройством. Таким образом, такой подход можно комбинировать с генерацией особого электромагнитного сигнала измерения по запросу промежуточного устройства 501.
Как упомянуто, промежуточное устройство 501 может завершать операцию передачи мощности, когда детектор 815 определяет, что индикация нагрузки не указывает присутствие электромагнитной нагрузки 505. Это, в частности, может осуществляться в порядке инициализации передачи мощности, а также в ответ на обнаружение в ходе фазы передачи мощности, где мощность активно обеспечивается электромагнитной нагрузке 505. Например, передача мощности может заканчиваться, если промежуточное устройство 501 обнаруживает, что электромагнитная нагрузка 505 удалена.
В некоторых вариантах осуществления, окончание может осуществляться посредством передачи конкретного сообщения окончания передачи мощности запроса на передатчик 201 мощности. Передатчик 201 мощности может принимать этот запрос и в ответ переходить к окончанию передачи мощности (инициализации) и возвращаться в дежурное состояние.
В других вариантах осуществления, окончание может осуществляться путем подавления промежуточным устройством 501 одного или более сообщений управления передачей мощности. Например, в ходе инициализации, промежуточное устройство 501 может подавлять (не передавать) одно, несколько или, обычно, все сообщения инициализации или конфигурации, необходимые для инициализации передачи мощности. Промежуточное устройство 501 может эффективно просто действовать как простой посторонний объект, приводя к отмене инициализации питания передатчиком 201 мощности.
В ходе фазы передачи мощности, промежуточное устройство 501 может, например, подавлять передачу сообщений ошибки контура управления мощностью. В таких системах, как Qi, такие сообщения должны передаваться с интервалом не более 250 мс. Если сообщения ошибки контура управления мощностью не принимаются в течение достаточно долгого интервала времени, передатчик 201 мощности будет завершать операцию передачи мощности.
Во многих вариантах осуществления промежуточное устройство 501 может быть выполнено с возможностью управления уровнем мощности электромагнитного сигнала передачи мощности путем передачи сообщений управления мощностью на передатчик 201 мощности в ходе, в частности, фазы передачи мощности. Таким образом, управление мощностью сигнала передачи мощности достигается промежуточным устройством 501, а не электромагнитной нагрузкой 505, которая, в частности, может быть просто нагревательной пластиной без каких-либо других функциональных возможностей. Таким образом, в таких вариантах осуществления передача мощности может эффективно использоваться с простым проводящим элементом, например, нагревательным элементом традиционной сковороды, с помощью промежуточного устройства 501, эффективно обеспечивающего функциональные возможности приемника мощности управления.
Соответственно, контур управления мощностью устанавливается между передатчиком 201 мощности и промежуточным устройством 501 а не между передатчиком 201 мощности и электромагнитной нагрузкой 505.
В некоторых вариантах осуществления, управление мощностью может, например, опираться на измерение магнитного потока через дроссель/катушку 801, т.е. в ответ на ток дросселя 801. Контроллер 805 передачи мощности может, например, отслеживать уровень тока и запрашивать увеличение или уменьшение уровня мощности в зависимости от того, выше или ниже ток через дроссель 801 заданного опорного значения.
Однако во многих вариантах осуществления управление мощностью может использоваться для обеспечения управления температурой электромагнитной нагрузки 505. В частности, промежуточное устройство 501 может содержать датчик 817 температуры, который выполнен с возможностью определения индикации температуры для второй поверхности, т.е. для поверхности, соседствующей с электромагнитной нагрузкой 505 или, обычно, касающейся ее.
Например, датчик температуры может располагаться очень близко ко второй области 511 поверхности или в контакте с ней. Таким образом, датчик температуры может эффективно измерять температуру второй области 511 поверхности и, таким образом, косвенно температуру, например, нагревательного элемента электромагнитной нагрузки 505.
Затем контроллер 805 передачи мощности может генерировать сообщения ошибки контура управления мощностью, сравнивая измеренную температуру с опорной температурой. Если измеренная температура выше, чем опорная температура, то контроллер 805 передачи мощности может генерировать и передавать сообщение запроса отключения питания, и если измеренная температура ниже опорной температуры, то контроллер 805 передачи мощности может генерировать и передавать сообщение запроса включения питания. Таким образом, промежуточное устройство 501 имеет возможность управлять температурой электромагнитной нагрузки 505 и, в частности, проводящего нагревательного элемента традиционного прибора, например, сковороды.
Таким образом, в некоторых вариантах осуществления, промежуточное устройство 501 может быть выполнено с возможностью управления уровнем энергии второго электромагнитного сигнала. В частности, оно может управлять электромагнитным потоком/ напряженностью электромагнитного поля на электромагнитной нагрузке 505 на основании информации измерения температуры.
В порядке конкретного примера, контроллер 805 передачи мощности может быть подключен к датчику 819 температуры, который измеряет температуру поверхность, на которой располагается сковорода, и заданная величина температуры может использоваться для определения уровня мощности, необходимого для нагрева сковороды. На основании этой информации контроллер 805 передачи мощности может обеспечивать данные управления передатчику 201 мощности согласно необходимому уровню мощности.
Например, несложное управление температурой может базироваться на определении контроллером 805 передачи мощности:
необходимости в мощности, когда измеренная температура ниже заданной величины температуры; и
отсутствия необходимости в мощности, когда измеренная температура выше заданной величины температуры.
Заданная величина температуры (т.е. опорная температура) может обеспечиваться, например, ручным пользовательским вводом.
В предыдущих примерах индикация нагрузки генерировалась промежуточным устройством 501 на основании измерений параметров промежуточного устройства 501. Однако, в некоторых вариантах осуществления, индикация нагрузки может определяться в ответ на данные, принятые от передатчика 201 мощности.
В частности, передатчик 201 мощности может передавать сообщение нагрузки на промежуточное устройство 501, и это сообщение может содержать данные нагрузки, которые отражают нагружение электромагнитного сигнала измерения. Данные нагрузки могут, например, отражать значение, которое зависит от нагружения электромагнитного сигнала измерения, например, значение параметра, который отражает импеданс резонансного контура/катушки 905 передатчика. В частности, данные нагрузки могут включать в себя данные для измерения тока и/или напряжения на катушке 905 передатчика или конденсаторе 903, или могут, например, обеспечивать информацию о входной мощности возбудителя (901) сигнала.
Процессор 813 индикации нагрузки может извлекать эти значения и переходить к определению пригодной индикации нагрузки. Например, он может вычислять импеданс катушки 905 передатчика.
В других вариантах осуществления передатчик 201 мощности может сам вычислять, например, импеданс и передавать эту информацию на промежуточное устройство 501. В ряде подобных случаев промежуточное устройство 501 может извлекать информацию и использовать ее непосредственно в качестве индикации нагрузки.
Такие подходы позволяют снижать сложность промежуточного устройства 501 и, во многих сценариях, обеспечивать более точное обнаружение.
В предыдущих примерах рассмотрен случай, когда электромагнитный сигнал измерения генерировался путем возбуждения резонансного контура для генерации электромагнитного сигнала передачи мощности. Действительно, генерируемый электромагнитный сигнал измерения может иметь те же характеристики, что и сигнал передачи мощности, в том числе ту же частоту и т.д.
Однако, в других вариантах осуществления, электромагнитный сигнал измерения может генерироваться с использованием другой катушки и с другими характеристиками, чем сигнал передачи мощности.
Действительно, в примере, показанном на фиг. 10, передатчик 201 мощности, показанный на фиг. 8, модифицирован путем включения в него отдельной измерительной катушки 1001, которая выполнена с возможностью генерации электромагнитного сигнала измерения. В примере измерительная катушка 1001 подключена непосредственно к генератору 1003 электромагнитного сигнала, который полностью отделен от возбудителя 901 и непосредственно выполнен с возможностью генерации сигнала возбуждения для измерительной катушки 1001. Генератор 1003 электромагнитного сигнала подключен к процессору 909 сообщений, и когда он обнаруживает запрос электромагнитного сигнала измерения, генератор 1003 электромагнитного сигнала переходит к генерации сигнала возбуждения для измерительной катушки 1001, таким образом, обуславливая генерацию электромагнитного сигнала измерения.
Использование отдельной катушки для генерации электромагнитного сигнала измерения может позволять индивидуально оптимизировать ее для обнаружения. В частности, электромагнитный сигнал измерения может генерироваться в другой/м полосе/диапазоне частот, чем сигнал передачи мощности. Во многих вариантах осуществления минимальная частота электромагнитного сигнала измерения, по меньшей мере, вдвое больше максимальной частоты сигнала передачи мощности. В некоторых вариантах осуществления, минимальная частота электромагнитного сигнала измерения не меньше 200 кГц, 500 кГц, 1 МГц или 10 МГц. Например, может использоваться частота 13,56 МГц, что обеспечивает очень большое разделение между электромагнитным сигналом измерения и фазой передачи мощности.
В некоторых вариантах осуществления измерительная катушка 1001 может, в частности, быть катушкой связи (также) используемый для связи между передатчиком 201 мощности и промежуточным устройством 501. В таких вариантах осуществления, промежуточное устройство 501 может, как показано на фиг. 11, помимо дросселя 801 ретранслятора мощности, также содержать катушку 1101 связи для связи с передатчиком 201 мощности.
В этом примере передатчик 201 мощности может генерировать особую несущую связи с использованием измерительной катушки 1001 (которая, таким образом, также является катушкой связи). Измерительная катушка 1001 может быть связана с катушкой 1101 связи, и связь может осуществляться, например, посредством частотной или амплитудной модуляции несущей (для передачи от передатчика 201 мощности на промежуточное устройство 501) и нагрузочной модуляции (для передачи от промежуточного устройства 501 к передатчику 201 мощности).
Частота несущей связи обычно находится в другой полосе частот, чем сигнал передачи мощности. Во многих вариантах осуществления минимальная частота несущей связи, по меньшей мере, вдвое больше максимальной частоты сигнала передачи мощности. В некоторых вариантах осуществления минимальная частота несущей связи не меньше, чем 200 кГц, 500 кГц, 1 МГц или 10 МГц. В некоторых вариантах осуществления может использоваться частота связи 13,56 МГц, что обеспечивает очень большое разделение передачи мощности и сигналов связи и, таким образом, уменьшение перекрестной помехи. Во многих вариантах осуществления с использованием отдельной катушки связи для генерации электромагнитного сигнала измерения, электромагнитный сигнал измерения может, по существу, генерироваться в соответствии со свойствами сигнала связи.
Согласно вариантам осуществления, где используется отдельная катушка связи и несущая, промежуточное устройство 501 в некоторых вариантах осуществления может быть выполнено с возможностью извлечения мощности из сигнала связи, по меньшей мере, первоначально. Например, в некоторый момент в ходе дежурной фазы, передатчик 201 мощности может быть выполнен с возможностью генерации несущей связи. Если промежуточное устройство 501 присутствует, оно может в ответ генерировать запрос для генерации электромагнитного сигнала измерения. Промежуточное устройство 501 может получать мощность, необходимую для передачи этого запроса, извлекая ее из несущей связи. Приняв запрос, передатчик 201 мощности затем может генерировать электромагнитный сигнал измерения, например, в соответствии с несущей связи или сигналом передачи мощности. Затем промежуточное устройство 501 может переходить к обнаружению, присутствует ли электромагнитная нагрузка 505. Для этого промежуточное устройство 501 может извлекать мощность из электромагнитного сигнала измерения.
В некоторых вариантах осуществления промежуточное устройство 501 может дополнительно содержать пользовательский интерфейс. Пользовательский интерфейс может, например, включать в себя дисплей, который обеспечивает пользователю информацию, например, текущий режим работы, обнаружена ли электромагнитная нагрузка, измеренную температуру электромагнитной нагрузки, желаемую заданную величину температуры и т.д.
Кроме того, пользовательский интерфейс может включать в себя пользовательский ввод и, в частности, может включать в себя пользовательский ввод, который пользователь может использовать для указания, присутствует ли электромагнитная нагрузка 505. Пользователь может, соответственно, четко задавать, присутствует ли электромагнитная нагрузка 505, и эта определенность может использоваться для калибровки операции обнаружения.
Калибровщик может, соответственно, инициализировать калибровку операции обнаружения в ответ на прием информации, задающей, присутствует ли электромагнитная нагрузка 505. Калибровка может, например, калибровать критерий обнаружения. Например, если обнаружение основано на сравнении индикации нагрузки с опорным значением, это опорное значение может калиброваться (т.е. адаптироваться) в ответ на информацию. Например, если индикация нагрузки определяется как для сценария, в котором пользователь указывает, что электромагнитная нагрузка 505 отсутствует, так и для сценария, в котором пользователь указывает, что электромагнитная нагрузка 505 присутствует, опорное значение может определяться посередине между двумя значениями.
В других вариантах осуществления, вычисление индикации нагрузки может калиброваться/адаптироваться на основании обеспеченной информации. Например, если индикация нагрузки определяется как ток дросселя 801, его можно измерять для сценария, где электромагнитная нагрузка отсутствует. Тогда измеренный ток может быть опорным током, вычитаемым из измеренного тока в будущих измерениях. Полученное смещение или дифференциальный ток может обеспечивать улучшенную оценку отклонения от сценария, где электромагнитная нагрузка отсутствует.
Предыдущее описание посвящено вариантам осуществления, в которых электромагнитной нагрузкой является нагревательное устройство и, в частности, нагревательный элемент, в котором вихревые токи наводятся непосредственно сигналом передачи мощности. Во многих таких вариантах осуществления может быть желательно, чтобы промежуточное устройство 501 включало в себя тепловой барьер, который может обеспечивать защиту от потенциально высоких температур нагревательного элемента. Однако очевидно, что такой тепловой барьер будет не нужен, например, в вариантах осуществления, где нагревательный элемент может достигать только сравнительно низких температур.
Например, промежуточное устройство 501 в некоторых вариантах осуществления может быть выполнено с возможностью разрешать нагревание химических ванн в лабораторных условиях, где увеличение температуры ограничивается сравнительно низкими температурами. Например, промежуточное устройство 501 может включать в себя датчик температуры, который в ходе эксплуатации будет контактировать с нагревательным элементом (или, например, может вставляться в химическую ванну). Оно может дополнительно включать в себя функциональные возможности для ограничения мощности, обеспечиваемой нагревательному элементу (например, путем передачи сообщений управления мощностью), благодаря чему, измеренная температура не превышает, например, 40°. В таких вариантах осуществления тепловой барьер промежуточному устройству 501 обычно не нужен или действительно бесполезен. Напротив, промежуточное устройство 501 может быть физически образовано/состоять из пригодного общеупотребительного материала, например, дерева, пластмассы и т.д.
Дополнительно, очевидно, что хотя описанный подход особенно пригоден и полезен для применений нагрева и, в частности, когда нагревание осуществляется сигналом передачи мощности, непосредственно наводящим вихревые токи в металлическом элементе, подход не ограничивается такими применениями. Действительно, подход также может использоваться для применений без нагревания с беспроводной передачей мощности.
Например, электромагнитная нагрузка может быть сформирована не в виде простого металлического элемента, а как катушка приема мощности, подключенная, например, к электрическому двигателю. Например, блендер может включать в себя катушку приема мощности, где наведенный ток непосредственно возбуждает электрический двигатель. Блендер, например, может не включать в себя конкретные функциональные возможности управления для сопряжения с передатчиком мощности. Однако эти функциональные возможности могут быть обеспечены введением промежуточного устройства 501, как описано ранее для примера нагревательного элемента. В порядке примера, промежуточное устройство 501 может принимать простой электрический сигнал, указывающий скорость вращения двигателя, и может в ответ генерировать сообщения управления мощностью, которые управляют сигналом передачи мощности. Таким образом, таким образом, промежуточное устройство 501 может управлять работой блендера. Очевидно, что описанный подход для обнаружения присутствия блендера (промежуточным устройством 501) как описано для нагревательного элемента, может применяться с необходимыми поправками к такому варианту осуществления. Предыдущее описание посвящено конкретным примерам того, как работу системы можно адаптировать на основании того, обнаружена ли электромагнитная нагрузка. В частности, система может инициировать или действительно завершать операцию передачи мощности на основании результатов обнаружения. Однако очевидно, что можно предусмотреть многие другие варианты использования описанного подхода для обнаружения, присутствует ли электромагнитная нагрузка. Например, в других вариантах осуществления, система может быть выполнена с возможностью генерации пользовательского выхода, передачи предупреждения другим устройствам (например, отправки извещения на мобильный телефон), инициирования заранее определенного процесса, отключения другого устройства или операции передачи мощности и т.д. Действительно, очевидно, что обнаружение, присутствует ли электромагнитная нагрузка, может использоваться любым подходящим образом без отхода от изобретения.
Очевидно, что вышеприведенное описание для ясности имеет описанные варианты осуществления изобретения со ссылкой на разные функциональные схемы, блоки и процессоры. Однако будет очевидно, что любое пригодное распределение функциональных возможностей между разными функциональными схемами, блоками или процессорами может использоваться без отхода от изобретения. Например, функциональные возможности, проиллюстрированные как осуществляемые отдельными процессорами или контроллерами, могут осуществляться тем же процессором или контроллерами. Поэтому ссылки на конкретные функциональные блоки или схемы рассматриваются только как ссылки на подходящее средство для обеспечения описанных функциональных возможностей вместо указания строгой логической или физической структуры или организации.
Изобретение можно реализовать в любой пригодной форме, включающей в себя аппаратное обеспечение, программное обеспечение, программно-аппаратное обеспечение или любую их комбинацию. Изобретение в необязательном порядке можно реализовать, по меньшей мере, частично в качестве компьютерного программного обеспечения, выполняющегося на одном или более процессорах данных и/или цифровых сигнальных процессорах. Элементы и компоненты варианта осуществления изобретения можно физически, функционально и логически реализовать любым подходящим образом. Действительно, функциональные возможности могут быть реализованы в одиночном блоке, в нескольких или как часть других функциональных блоков. Таким образом, изобретение может быть реализовано в одиночном блоке или может физически и функционально распределяться между разными блоками, схемами и процессорами.
Хотя настоящее изобретение описано в связи с некоторыми вариантами осуществления, оно не подлежит ограничению конкретной представленной здесь формой. Напротив, объем настоящего изобретения ограничивается только нижеследующей формулой изобретения. Дополнительно, хотя признак может быть описан в связи с конкретными вариантами осуществления, специалисту в данной области техники понятно, что различные признаки описанных вариантов осуществления можно комбинировать в соответствии с изобретением. В формуле изобретения термин "содержащий" не исключает наличия других элементов или этапов.
Кроме того, хотя они перечислены по отдельности, несколько средств, элементов, схем или этапов способа может быть реализовано, например, одиночной цепью, блоком или процессором. Дополнительно, хотя отдельные признаки могут быть включены в разные пункты формулы изобретения, их можно преимущественно комбинировать, и включение в разные пункты формулы изобретения не означает, что комбинация признаков не является осуществимой и/или преимущественной. Также включение признака в одну категорию пунктов формулы изобретения не предусматривает ограничения этой категорией, но, напротив, указывает, что признак в равной степени применим, при необходимости, к другим категориям пунктов формулы изобретения. Кроме того, порядок признаков в формуле изобретения не предусматривает никакого конкретного порядка, в котором нужно обрабатывать признаки и, в частности, порядка отдельных этапов в пункте способа не означает, что этапы должны осуществляться в этом порядке. Напротив, этапы могут осуществляться в любом пригодном порядке. Кроме того, ссылки на единственное число не исключают множественного числа. Таким образом, ссылки на единственное число, "первый", "второй" и т.д. не исключают множественного числа. Ссылочные позиции в формуле изобретения, обеспеченные лишь как проясняющий пример, никоим образом не следует рассматривать как ограничение объема формулы изобретения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| БЕСПРОВОДНАЯ ИНДУКТИВНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ | 2015 |
|
RU2684403C2 |
| БЕСПРОВОДНАЯ ИНДУКТИВНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ | 2015 |
|
RU2667506C1 |
| СИСТЕМА БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ МОЩНОСТИ | 2019 |
|
RU2777986C2 |
| БЕСПРОВОДНАЯ ПЕРЕДАЧА ЭНЕРГИИ | 2020 |
|
RU2813601C1 |
| БЕСПРОВОДНАЯ ИНДУКТИВНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ | 2016 |
|
RU2696491C1 |
| ТЕПЛОВОЙ БАРЬЕР ДЛЯ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ МОЩНОСТИ | 2014 |
|
RU2666793C2 |
| БЕСПРОВОДНАЯ ИНДУКЦИОННАЯ ПЕРЕДАЧА ЭНЕРГИИ | 2013 |
|
RU2658331C2 |
| БЕСПРОВОДНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ | 2019 |
|
RU2786083C2 |
| БЕСПРОВОДНАЯ ИНДУКТИВНАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ | 2014 |
|
RU2649907C2 |
| БЕСПРОВОДНАЯ ИНДУКТИВНАЯ ПЕРЕДАЧА ЭНЕРГИИ | 2015 |
|
RU2674436C2 |
Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в повышении эффективности и расширении функциональных возможностей при беспроводной передачи мощности. Промежуточное устройство для поддержки передачи мощности на электромагнитную нагрузку (505) от передатчика (201) мощности содержит резонансный контур (507), включающий в себя дроссель (801) и конденсатор (803), где дроссель (801) выполнен с возможностью подключения к передатчику (201) мощности через первую область (509) поверхности и к электромагнитной нагрузке (505) через вторую область (511) поверхности. Резонансный контур (507) выполнен с возможностью концентрации энергии электромагнитного сигнала передачи мощности от первой области (509) поверхности ко второй области (511) поверхности. Устройство дополнительно содержит блок (807) приема/передачи для обмена сообщениями с передатчиком (201) мощности. Блок (807) приема/передачи передает на передатчик (201) мощности сообщение запроса, содержащее запрос передатчику (201) мощности для генерации электромагнитного сигнала измерения. Процессор (813) индикации нагрузки определяет индикацию нагрузки, указывающую нагружение электромагнитного сигнала измерения, и детектор (815) обнаруживает присутствие электромагнитной нагрузки в ответ на индикацию нагрузки. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 11 ил.
1. Устройство для поддержки передачи мощности на электромагнитную нагрузку (505) от передатчика (201) мощности, содержащего катушку (801) передачи мощности, обеспечивающую электромагнитный сигнал передачи мощности в режиме передачи мощности; причем устройство имеет первую область (509) поверхности и вторую область (511) поверхности и содержит:
резонансный контур (507), включающий в себя дроссель (801) и конденсатор (803), причем дроссель (801) выполнен с возможностью подключения к передатчику (201) мощности через первую область (509) поверхности и подключения к электромагнитной нагрузке (505) через вторую область (511) поверхности; причем резонансный контур (507) выполнен с возможностью концентрации энергии электромагнитного сигнала передачи мощности от первой области (509) поверхности ко второй области (511) поверхности;
блок (807) приема/передачи для обмена сообщениями с передатчиком (201) мощности, причем блок (807) приема/передачи выполнен с возможностью передачи на передатчик (201) мощности сообщения запроса, содержащего запрос передатчику (201) мощности для генерации электромагнитного сигнала измерения;
процессор (813) индикации нагрузки для определения индикации нагрузки, указывающей нагружение электромагнитного сигнала измерения; и
детектор (815) для обнаружения присутствия электромагнитной нагрузки в ответ на индикацию нагрузки.
2. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее контроллер (805) передачи мощности, выполненный с возможностью управления операцией передачи мощности передатчика (201) мощности путем обмена сообщениями управления передачей мощности с передатчиком (201) мощности, причем свойство обмена сообщениями управления передачей мощности зависит от обнаружения присутствия электромагнитной нагрузки (505).
3. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее контроллер (805) передачи мощности, выполненный с возможностью управления уровнем мощности электромагнитного сигнала передачи мощности путем передачи сообщений управления мощностью на передатчик (201) мощности.
4. Устройство по п. 3, дополнительно содержащее датчик (817) температуры для определения индикации температуры для второй поверхности, и при этом контроллер (805) передачи мощности выполнен с возможностью генерации сообщений управления мощностью в ответ на индикацию температуры.
5. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее контроллер (805) передачи мощности, выполненный с возможностью инициализации фазы передачи мощности в ответ на обнаружение присутствия электромагнитного сигнала путем обмена сообщениями управления передачей мощности с передатчиком (201) мощности.
6. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее контроллер (805) передачи мощности, выполненный с возможностью окончания операции передачи мощности, когда детектор (815) определяет, что индикация нагрузки не указывает присутствия электромагнитной нагрузки (505), путем по меньшей мере одного из передачи сообщения окончания передачи мощности на передатчик (201) мощности и подавления сообщений управления передачей мощности для передатчика (201) мощности.
7. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее экстрактор мощности, выполненный с возможностью извлечения мощности из электромагнитного сигнала, генерируемого передатчиком (201) мощности, для по меньшей мере частичного включения питания устройства; и при этом блок (807) приема/передачи выполнен с возможностью передачи сообщения запроса на передатчик (201) мощности в процессе включения питания.
8. Устройство по п. 1, в котором блок приема/передачи выполнен с возможностью приема от передатчика (201) мощности сообщения нагрузки, содержащего данные нагрузки, указывающие нагружение электромагнитного сигнала измерения, определенного передатчиком (201) мощности; и процессор (813) индикации нагрузки выполнен с возможностью определения индикации нагрузки в ответ на данные нагрузки.
9. Устройство по п. 1, в котором детектор (815) выполнен с возможностью обнаружения, присутствует ли электромагнитная нагрузка в ответ на сравнение индикации нагрузки и предыдущей индикации нагрузки.
10. Передатчик (201) мощности для обеспечения беспроводной мощности на электромагнитную нагрузку через промежуточное устройство; причем передатчик (201) мощности содержит:
резонансный контур, содержащий емкостной импеданс (903) и индуктивный импеданс, причем индуктивный импеданс содержит катушку (905) передатчика для генерации электромагнитного сигнала передачи мощности для беспроводной передачи мощности на электромагнитную нагрузку (505);
возбудитель (901) для генерации сигнала возбуждения для резонансного контура;
блок (907) приема/передачи сообщений для обмена сообщениями с промежуточным устройством;
процессор (909) сообщений для обнаружения сообщения запроса, принятого от промежуточного устройства, содержащего запрос передатчику (201) мощности для генерации электромагнитного сигнала измерения; и
генератор (911, 901) электромагнитного сигнала для генерации электромагнитного сигнала измерения в ответ на обнаружение сообщения запроса.
11. Передатчик (201) мощности по п. 10, дополнительно содержащий измерительную катушку (1001) и при этом генератор (1003) электромагнитного сигнала выполнен с возможностью генерации электромагнитного сигнала измерения с использованием измерительной катушки (1001) и в полосе частот, отличной от полосы частот для электромагнитного сигнала передачи мощности.
12. Передатчик мощности по п. 11, в котором генератор (901, 911) электромагнитного сигнала выполнен с возможностью генерации электромагнитного сигнала измерения так, чтобы он обладал свойствами, соответствующими ранее сгенерированному электромагнитному сигналу измерения.
13. Система беспроводной передачи мощности, содержащая систему передачи мощности, содержащую промежуточное устройство и передатчик (201) мощности для обеспечения беспроводной мощности на электромагнитную нагрузку через промежуточное устройство;
причем передатчик (201) мощности содержит:
резонансный контур, содержащий емкостной импеданс (903) и индуктивный импеданс, причем индуктивный импеданс содержит катушку (905) передатчика для генерации электромагнитного сигнала передачи мощности для беспроводной передачи мощности на электромагнитную нагрузку (505);
возбудитель (901) для генерации сигнала возбуждения для резонансного контура;
блок (907) приема/передачи сообщений для обмена сообщениями с промежуточным устройством;
процессор (909) сообщений для обнаружения сообщения запроса, принятого от промежуточного устройства, содержащего запрос передатчику (201) мощности для генерации электромагнитного сигнала измерения; и
генератор (911, 901) электромагнитного сигнала для генерации электромагнитного сигнала измерения в ответ на обнаружение сообщения запроса; и промежуточное устройство, имеющее первую область (509) поверхности и вторую область (511) поверхности и содержащее:
резонансный контур (507), включающий в себя дроссель (801) и конденсатор (803), причем дроссель (801) выполнен с возможностью подключения к передатчику (201) мощности через первую область (509) поверхности и подключения к электромагнитной нагрузке (505) через вторую область (511) поверхности; причем резонансный контур (507) выполнен с возможностью концентрации энергии электромагнитного сигнала передачи мощности от первой области (509) поверхности ко второй области (511) поверхности;
блок (807) приема/передачи для обмена сообщениями с передатчиком (201) мощности, причем блок (807) приема/передачи выполнен с возможностью передачи сообщения запроса на передатчик (201) мощности, содержащего запрос передатчику (201) мощности для генерации электромагнитного сигнала измерения;
процессор (813) индикации нагрузки для определения индикации нагрузки, указывающей нагружение электромагнитного сигнала измерения; и
детектор (815) для обнаружения присутствия электромагнитной нагрузки в ответ на индикацию нагрузки.
14. Способ для устройства, поддерживающего передачу мощности на электромагнитную нагрузку от передатчика (201) мощности, содержащего катушку (801) передачи мощности, обеспечивающую электромагнитный сигнал передачи мощности в режиме передачи мощности; причем устройство имеет первую область (509) поверхности и вторую область (511) поверхности и содержит резонансный контур, включающий в себя дроссель (801) и конденсатор (803), причем дроссель (801) подключен к передатчику (201) мощности через первую область (509) поверхности и подключен к электромагнитной нагрузке (505) через вторую область (511) поверхности; причем резонансный контур выполнен с возможностью концентрации энергии электромагнитного сигнала передачи мощности от первой области (509) поверхности ко второй области (511) поверхности; причем способ содержит этапы, на которых:
обмениваются сообщениями с передатчиком (201) мощности, передавая на передатчик (201) мощности сообщение запроса, содержащее запрос передатчику (201) мощности для генерации электромагнитного сигнала измерения;
определяют индикацию нагрузки, указывающую нагружение электромагнитного сигнала измерения; и
обнаруживают присутствие электромагнитной нагрузки (505) в ответ на индикацию нагрузки.
15. Способ работы передатчика (201) мощности, обеспечивающего беспроводную мощность на электромагнитную нагрузку через промежуточное устройство; причем передатчик (201) мощности содержит резонансный контур, содержащий емкостной импеданс (903) и индуктивный импеданс (905), причем индуктивный импеданс (103) содержит катушку (103) передатчика для генерации электромагнитного сигнала передачи мощности для беспроводной передачи мощности на электромагнитную нагрузку (505); причем способ содержит этапы, на которых:
генерируют сигнал возбуждения для резонансного контура;
обмениваются сообщениями с промежуточным устройством;
обнаруживают сообщение запроса, принятое от промежуточного устройства, содержащее запрос передатчику (201) мощности для генерации электромагнитного сигнала измерения; и
генерируют электромагнитный сигнал измерения в ответ на обнаружение сообщения запроса.
| WO 2015062947 A1, 07.05.2015 | |||
| WO 2010111541 A2, 30.09.2010 | |||
| WO 2015032419 A1, 12.03.2015 | |||
| ИНДУКЦИОННАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ | 2011 |
|
RU2565252C2 |
