BR112013004393A2 - sistema de transmissão de energia sem fio - Google Patents

Abstract

SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE ENERGIA SEM FIO A transmissão de energia sem fio é um sistema de fornecimento de energia primária e/ou carregamento sem fio para dispositivos eletroeletrônicos por meio de energia de micro-ondas. A energia de micro-ondas é concentradas em um local em resposta ao recebimento de um sinal de farol de um dispositivo de farol por um transmissor de energia que possui um ou mais emissores de feixe de micro-ondas em fase adaptativa. Antenas retificadoras no interior do dispositivo a ser carregado recebem e retificam a energia de micro-ondas e a utilizam para carregamento de pilha e/ou para energia primária.

Description

Fr E RAD EAD EAD ED ED EAD E A AD ED EAD EAD EAD AD AD AD Po Pc o e ater oo PAP; O Ee Ecce Pc so oo Po: Po Polo POP O 1/23 Sistema de transmissão de energia sem fio fr Referência Cruzada a Pedidos Relacionados O presente pedido reivindica o benefício do Pedido á Provisório Norte-Americano nº 12/861.526, depositado em 23 de agosto de 2010, que é uma continuação partitiva do Pedido de Patente Norte-Americano com número de série 11/812.060, depositado em 14 de junho de 2007, cada um dos quais é incorporado ao presente como referência, como se totalmente descrito.

Campo da Invenção A presente invenção refere-se, de forma geral, a sistemas "7 10 - de transmissão de energia e carregadores de pilhas, particularmente a um método e sistema de transmissão de energia sem fio por meio de transmissão de micro-ondas para A alimentar um dispositivo que necessita de energia elétrica.

Antecedentes Muitos dispositivos eletrônicos portáteis são alimentados por pilhas.

São frequentemente utilizadas pilhas recarregáveis para evitar o custo de | substituição de pilhas de células secas convencionais e conservar recursos preciosos.

À recarga de pilhas com carregadores de pilhas recarregáveis convencionais, entretanto, | necessita de acesso a uma tomada de energia de corrente alternada (AC), que às vezes | não está disponível ou não é conveniente.

Seria, portanto, desejável! derivar energia para um carregador de pilhas a partir da radiação eletromagnética.

Embora sejam conhecidos carregadores de pilhas a energia solar, as células solares são caras e um grande conjunto de células solares pode ser necessário para carregar uma pilha com qualquer capacidade significativa.

Outra fonte potencial de energia eletromagnética que forneceria energia para um carregador de pilha em um local distante da rede de energia AC é a energia de micro-ondas, que poderá ser derivada de um satélite a energia solar e transmitida para a terra por feixes de micro- ondas ou derivada da energia de rádio frequência ambiente de transmissores de telefones celulares e similares.

Existem, entretanto, diversos problemas associados ao - + - fornecimento eficiente de energia por meio de transmissão de micro-ondas que dispensaram o uso de transmissores de energia de micro-ondas terrestres dedicados para este propósito.

Considerando uma transmissão de energia de fonte única de sinal eletromagnético (EM), um sinal EM é reduzido em um fator de 1/P de magnitude ao longo de uma distância r.

Desta forma, a energia recebida em grande distância do transmissor EM é uma pequena fração da energia transmitida.

Para aumentar a potência do sinal recebido, necessitaríamos ampliar a potência de transmissão.

Considerando que o sinal transmitido possui recepção eficiente a três centímetros do transmissor EM, a recepção da mesma potência de sinal ao longo de uma distância útil de três metros possibilitaria . ampliar a potência transmitida em dez mil vezes. Essa transmissão de potência é perdida, pois a maior parte da energia seria transmitida e não recebida pelos dispositivos i pretendidos, poderia ser perigosa para tecidos vivos, muito provavelmente interferíria com a maior parte dos dispositivos eletrônicos nas proximidades imediatas e pode ser dissipada na forma de calor.

O uso de antenas direcionais apresenta vários desafios, alguns dos quais são: saber para onde apontá-la; os dispositivos mecânicos necessários para rastreá-la seriam barulhentos e não confiáveis; e a criação de interferência para dispositivos na linha de visão da transmissão.

B ) "Ú — Transmissões de energia direcionais geralmente necessitam ——— que o local do dispositivo seja conhecido para poder apontar o sinal na direção certa para aumentar a eficiência da transmissão de energia. Mesmo quando o dispositivo é posicionado, entretanto, não se garante transmissão eficiente devido a reflexões e interferência de objetos no trajeto ou à proximidade do dispositivo receptor.

É, portanto, desejado um sistema de transmissão de energia sem fio que solucione os problemas mencionados acima.

Resumo da Invenção A transmissão de energia sem fio é um sistema de fornecimento de carregamento sem fio e/ou energia primária para dispositivos eletroeletrônicos por meio de energia de micro-ondas. A energia de micro-ondas é concentrada em um local em resposta ao recebimento de um sinal de farol! de um dispositivo de farol por um transmissor de energia que possui um ou mais emissores de conjuntos de micro-ondas em fases adaptativas. Antenas retificadoras no interior do dispositivo a ser carregado recebem e retificam a energia de micro-ondas e a utilizam para carregamento de pilhas e/ou para energia principal.

O dispositivo a ser carregado relata a potência do sinal de feixe recebido nas antenas retificadoras para a fonte de energia por meio do canal lateral. Esta informação é utilizada pelo sistema para ajustar as fases de transmissão dos “30 emissóres de feixe de micro-ondas até que seja relatada energia de micro-ondas máxima pelo dispositivo a ser carregado.

Alternativamente, os elementos de feixe podem ser definidos para receber um sinal de calibragem do dispositivo sendo carregado. Cada elemento de feixe pode detectar/relatar informações de fases do sinal de calibragem recebido. Em seguida, cada elemento de feixe utiliza a fase detectada para aquele elemento como guia para a fase de transmissão de volta para o dispositivo sendo carregado. . | ' Pontos focais de espelhos causados, por exemplo, por |

MN Pa DE mah ah a 3/23 aeee 2 o Jeso -s " o | feixes bidimensionais planos são minimizados pela configuração física dos emissores de . feixes de micro-ondas de forma não coplanar e substancialmente não uniforme.

Estas e outras características da presente invenção tornar- " se-ão facilmente evidentes mediante análise adicional do relatório descritivo a seguir e das figuras.

Breve Descrição das Figuras A Fig. 1A é uma vista em perspectiva ambiental de uma primeira realização de um sistema de transmissão de energia de acordo com a presente invenção.

A Fig. 18 é uma vista em perspectiva ambiental de uma | “ segundarealização de um sistema de transmissão de energia sem fio de acordo com a presente invenção.

A Fig. 2A é uma vista em perspectiva da antena de rede de feixes em fase para um transmissor de micro-ondas em um sistema de transmissão de . energia sem fio de acordo com a presente invenção.

A Fig. 28 é uma vista em diagrama de um nó de transmissão de energia de um sistema de transmissão de energia sem fio de acordo com a presente invenção.

A Fig. 3A é um diagrama de bloco da primeira realização do | sistema de transmissão de energia sem fio de acordo com a presente invenção. | A Fig. 3B é um diagrama de bloco da segunda realização do | sistema de transmissão de energia sem fio de acordo com a presente invenção. | A Fig. 4 é um diagrama de bloco de uma primeira realização alternativa de transmissão de energia.

A Fig. 5 é um diagrama de bloco de uma segunda realização alternativa de transmissor de energia. k A Fig. 6 é um diagrama de bloco de um controlador. . A Fig. 7 é um diagrama de bloco de um receptor alternativo de acordo com a primeira realização. mn A Fig. 8 é um diagrama de bloco de um receptor alternativo de acordo com a segunda realização.

A Fig. 9 é um diagrama de bloco de um sistema de pilha de receptor.

A Fig. 10 é um exemplo de diagrama de linha de energia de sistema de pilha.

A Fig. 11 é um receptor alternativo de acordo com a primeira realização. : . A Fig. 12 é um receptor alternativo de acordo com a ooo o a oo oo o ot ot toa tl tt otite 4/23 segunda realização. | " Caracteres de referência similares indicam características correspondentes de forma consistente ao longo de todas as figuras anexas. ã Descrição Detalhada Conforme exibido nas Figs. 1A e 1B, a presente invenção inclui um sistema 100a ou, alternativamente, o sistema 100b, para fornecer carregamento sem fio e/ou energia primária para dispositivos eletroeletrônicos, tais como um computador laptop 12 ou similar, por meio de energia de micro-ondas.

Em qualquer um dentre o sistema 100a ou o sistema 100b, a grade de transmissão de energia 101a - ou a grade de transmissão de energia alternativa 101b pode obter energia de operação — “da rede AC por meio do cordão de energia P que é plugado na tomada de energia O.

À frequência de transmissão de micro-ondas é preferencialmente uma frequência não regulada pela FCC disponível que possui um comprimento de onda apropriado.

Como o comprimento de onda pode limitar a resolução de energia do feixe em fases 101a ou do feixe em fases alternativo 101b, uma frequência preferida, embora sem limitar a escolha de outras frequências nas quais pode operar o sistema, foi determinada como sendo de 5,8 GHz (comprimento de onda de 5,17 cm), que é apropriada para a transmissão de energia para dispositivos tais como um laptop, telefone celular, PDA etc. ao longo de distâncias da escala de um cômodo, auditório ou similar.

Conforme exibido nas Figs. 1A a 3B, a energia de micro- ondas é concentrada sobre um dispositivo para carregamento por uma fonte de energia 300 conectada a um ou mais emissores de feixes de micro-ondas em fases adaptativas | 204, ou seja, antenas ou irradiantes.

Segundo a presente invenção, a energia de micro- | ondas dos emissores de feixes de micro-ondas em fases adaptativas 204 pode ser concentrada sobre o dispositivo sem a necessidade de conhecer a localização do dispositivo.

Conforme exibido nas Figs. 1A, 1B e 3A-3B, preferencialmente antenas retificadoras altamente eficientes 340 (uma antena retificadora é uma antena retificadora que converte energia de micro-ondas diretamente em eletricidade de corrente direta . (DC); esses dispositivos são conhecidos na técnica e não serão descritos adicionalmente | - 30 no presente) no interior do dispositivo a ser carregado 102 para receber e retificar a energia de micro-ondas e utilizá-la para carregar a pilha 370 por meio de carregamento e/ou para energia primária para o dispositivo 102 conforme determinado pela lógica de controle 350. Em uma primeira realização, é aberto um canal de comunicação entre a fonte de energia sem fio 100a e o receptor de energia 330b no dispositivo a ser carregado 102 em uma frequência diferente da frequência utilizada para conduzir ' energia.

O dispositivo a ser carregado 102 retransmite uma potência de sinal de feixe recebido nas antenas retificadoras 340 por meio do canal de comunicação 110a para uma seção receptora do dispositivo de comunicação 320 no í transmissor de energia 330a do sistema 100a por meio de um sinal de uma seção transmissora do dispositivo de comunicação 360 no receptor de energia 330b.

Esta ã informação é utilizada pela lógica de controle 310 do sistema 100a para ligar, desligar e ajustar as fases de transmissão dos nós emissores do feixe de micro-ondas 204 até a irradiação de um feixe de energia de micro-ondas máximo 301 pelo feixe 110a, conforme relatado pelo dispositivo a ser carregado 102. Cada emissor 204, que é conectado a uma única fonte da frequência de transmissão desejada, pode transmitir um sinal com uma diferença de fase específica, transmitir um sinal com uma diferença de fases específica, que é um múltiplo - — dem,2 Os aumentos de fase em 1/2 são apenas exemplos e são possíveis outros — = aumentos de fase, tais como tI/4, 1/8, 11/16 e similares.

Preferencialmente, a potência não é ajustada, exceto pelo fato de que o emissor 204 pode ser ligado ou desligado em uma fase desejada.

Conforme exibido mais claramente nas Figs. 2A e 2B, cabos verticais e horizontais interseccionam-se em cada nó de feixe 204. Essa configuração aplica-se a qualquer feixe 101a ou feixe 101b.

Dentro do cabo vertical 202, o fio 210 é uma linha de alimentação em fase zero.

O fio 212 é uma linha de alimentação de fase %4 Tm e ofio 209 é uma linha de controle vertical.

De forma similar, dentro do cabo horizontal 200, o fio 214 é uma linha de alimentação de fase mr.

O fio 216 é uma linha de alimentação de fase 3/2 mr e o fio 211 é uma linha de controle horizontal.

As linhas de controle 209 e 211 podem ser conectadas ao controlador 310 a fim de controlar qual fase é ativa sobre qualquer dado nó 204. O controle de antena isolada pode ser feito sobre um chip 206, enquanto a antena ou irradiante de nó real 208 pode ser formada como um elemento circular em volta do centro geométrico do nó 204. Dever-se-á compreender que Í um único controlador ou uma série de controladores pode controlar uma ou mais das | grades de transmissão de energia.

Um exemplo de algoritmo da lógica de controle 310 para o sistema 100a poderá ser o seguinte: (1) o receptor de energia 330 pode utilizar o canal de comunicação 110a para declarar a sua presença para quaisquer transmissores 330a nas proximidades; (2) o transmissor de energia 330a pode comunicar a sua presença sobre o canal de comunicação 1110a e começar a transmitir com apenas uma das suas antenas 208 ou nós 204; (3) o receptor de energia 330b pode reconhecer o recebimento do sinal fraco no canal de comunicação 110a; (4) o transmissor de energia 330a liga outra antena 208 ou nó 204 com fase padrão de zero e pode solicitar ao receptor 330b pelo canal de comunicação 110a a potência de sinal; (5) o receptor de energia 330b pode enviar de volta um sinal que indica que o sinal recebido é mais alto, igual ou mais baixo que o anterior; (6) caso o sinal seja mais baixo ou igual ao anterior, o controlador 310

NNRBNNSNNNNNNEN 6/23 pode fazer com que a fase no nó 204 aumente a sua fase em % Tr e solicite outra - transmissão de potência de sinal; (7) as etapas 5 e 6 são repetidas para todas as fases; (8) caso nenhum aumento da potência de sinal seja observado, aquele nó específico 204 ' é desligado em seguida e outro nó é utilizado no processo, repetindo a partir da etapa 4; e (9) as etapas 4 a 6 são repetidas até que todos os nós emissores estejam em uso.

Em outro exemplo, a etapa (6) pode incluir o aumento da fase ao longo de um ciclo trifásico que inclui os radianos 0, % tr e 5Tr/4. Desta forma, pode ser determinado o formato aproximado da curva senoidal completa.

Consequentemente, pode ser determinado o ângulo de fases do pico de energia.

Além disso, ao adicionar-se antenas sintonizadas, a potência recebida da próxima antena Í ' “adicionada pode ser apenas um pequeno percentual da potência total recebida: Desta - forma, a adição da segunda antena pode aumentar a potência em 4x, enquanto a adição ——| da 101º antena pode adicionar 2% à potência e da 1001º pode agregar 0,2% ao total de : ] potência recebido.

Isso pode dificultar a detecção do ganho/perda da antena testada.

Apenas algumas antenas podem ser ligadas, portanto, durante o ciclo de teste e as fases para cada antena testada podem ser recordadas.

Após a determinação de todas as fases do feixe, todos os elementos podem ser ligados para fornecer energia.

Alternativamente, todas as antenas na potência transmitida podem ser novamente sintonizadas, possivelmente movimentando-se as suas fases levemente em volta dos seus valores atuais e detectando-se o impacto sobre o sinal recebido.

Caso ele aumente em uma direção (avançando ou retardando a fase, por exemplo), a fase pode continuar a ser ciclizada/aumentada até que não haja aumento em nenhum dos lados.

Isso dependerá da capacidade de detecção da alteração do nível de potência recebido para um feixe grande, caso contrário poderá ser necessário o desligamento de todo o feixe e o restabelecimento das fases a partir do zero.

Em uma segunda realização, conforme exibido mais claramente nas Figs. 28 e 3B, cada nó ou elemento de feixe 204 pode ser definido para receber um sinal de calibragem de um transmissor de calibragem 460 no sistema de recebimento de energia 330b.

Cada nó ou elemento de feixe 204 pode enviar o sinal de calibragem recebido detectado naquele nó 204 para a lógica de controle 310 por meio da linha de dados 303. Em seguida, o controlador 310, o controlador 206 ou os dois controladores em combinação podem definir cada nó ou elemento de feixe 204 para a | fase detectada para aquele elemento na forma de fase transmissora, a fim de enviar uma transmissão de energia otimizada 301 de volta para o receptor de energia 330b.

Nas duas realizações 100a e 100b, um dispositivo de memória de configuração pode estar - em comunicação operativa com a lógica do controlador 310, a fim de permitir que o feixe transmita energia para um local específico ou "ponto quente” sem a necessidade de comunicar-se em primeiro lugar com o dispositivo a ser carregado 102. Esta a PATA occéóõâkõíoõoõéõo ooo ti ÕÓ»o tro í AO ECSÔSJPJUC»Có»à0óSICPnv»uúuâÉâ SAO c bovwueõvcvõã e ceér Õcecówboó»Os;»PPPrrl«Cék»,or GC Cké;»iPpop a Oy | 7123 característica é útil no envio de transmissão de energia 301 para o dispositivo a ser ii carregado 102 quando o dispositivo a ser carregado 102 não possuir energia de reserva para estabelecer o canal de comunicação 110a ou 110b. ã Í Alternativamente, a segunda realização pode operar : conforme segue para utilizar capacidades de duas vias no receptor e cada antena . transmissora, tal como em um transceptor.

Um controlador pode preparar cada transceptor para receber o sinal de farol do receptor de energia (ou seja, disposítivo a ser Í carregado). O dispositivo a ser carregado envia em seguida um sinal de farol (tal como um sinal de calibragem que pode ser a mesma frequência do feixe em fases, por, - 10 exemplo, por meio de comunicação sem fio entre o feixe e o receptor para sincronizar os | seus relógios), que atravessa todos os trajetos abertos entre o dispositivo a ser - - - carregado e o transmissor de energia.

O sinal recebido no transmissor de energia é equivalente à soma de todos os trajetos abertos entre as antenas do receptor e do transmissor que chega a cada antena do transmissor de energia, em que a soma de cada trajeto atinge um nível de potência especifico e fase em cada antena transmissora de energia específica.

Cada antena do feixe transmissor compara o sinal recebido | com um sinal interno para detectar a fase recebida.

Após o estabelecimento da fase recebida por todas as antenas do transmissor, cada antena transmite de volta no conjugado complexo da fase recebida com a sua potência plena.

Além disso, como a sintonia acima do feixe leva em consideração todos os trajetos possíveis (não se considera, por exemplo, que existe um trajeto aberto direto entre o feixe e o receptor ou que o receptor se move em movimento — * suave e linear no ambiente), qualquer alteração da configuração do ambiente pode ser equivalente ao movimento do receptor ou à alteração da configuração física do feixe transmissor de energia.

Pode-se necessitar constantemente, portanto, de nova sintonia : frequente do feixe (tal como dez ou mais vezes por segundo). Como o retorno do feixe de antena requer o desligamento : da energia sendo enviada para “ouvir” o sinal de faro! do receptor, pode-se perder tempo e | 30 que poderia haver sido utilizado para alimentar o feixe.

Consequentemente, o feixe pode reduzir a frequência da nova sintonia quando o nível de energia no receptor não se | alterar significativamente, a fim de maximizar o fornecimento de energia para o receptor.

Quando o recebimento de energia no receptor cai, o feixe pode aumentar a frequência das atualizações até a nova estabilização da potência do receptor.

Podem ser definidos limites específicos da frequência de sintonia, tais como no mínimo 10 sps (sintonias por segundo) até no máximo 500 sps, pois frequência muito alta de nova sintonia poderá . reduzir a eficiência da transferência de energia, tornando-a inútil.

Alternativamente, a sintonia de um número (n) de antenas |

PE A E A A A A A AD A A A DOE IEEE ED EDIT EEEEITI O EDTA ED ee A PO Err ocorre cr oe er rc SESC PD 8/23 | pode ser realizada conforme segue.

Todas as n antenas podem ser desligadas.

Uma das : - n antenas é ligada em seguida e mantida como referência para sintonia de cada uma das outras n antenas.

Cada uma das outras n antenas é então ligada, a sua fase ideal é | ' registrada e elas são desligadas em seguida.

Quando essa sequência é realizada sobre a nº antena, todas as antenas estão ligadas nas suas fases ideais correspondentes. y Com relação à primeira realização que possui um receptor | móvel, todas as antenas transmissoras podem necessitar ser novamente sintonizadas, por exemplo, movendo-se levemente as suas fases em volta dos seus valores atuais e detectando-se o impacto sobre o sinal recebido.

Caso ele aumente em uma direção, a ciclização/aumento da fase continua até que não haja melhoria em nenhum lado.

Isso Ô — pode depender da capacidade de detectar uma alteração do nível de potência recebido — " para um feixe grande, caso contrário todo o feixe poderá necessitar ser desligado e restabelecer as fases a partir do início.

Um exemplo de feixe 101a ou 101b pode ser uma rede de grade 30x30 com cerca de um metro de lado, em que cada intersecção de fios possui uma única antena de transmissão 204. A grade de feixe 101a ou 101b é preferencialmente feita de materiais moles/flexíveis.

A flexibilidade do material de grade permite que o usuário configure fisicamente a grade emissora de feixe de micro-ondas 101a ou 101b de forma substancialmente não uniforme e não coplanar, ou seja, | 20 espalhada, mas não plana, a fim de minimizar os pontos focais de espelho causados, por exemplo, por feixes bidimensionais planos e pontos cegos que ocorrem normalmente em feixes planos dispostos regularmente que possuem diferenças de fase discretas.

Conforme exibido nas Figs. 1A e 1B, o feixe 101a ou o feixe 101b é suficientemente flexível para que possa ser estendido sobre uma estrutura de sustentação, tal como uma planta em vaso S, para fornecer a configuração preferencialmente não uniforme, não coplanar.

Desta forma, a lei do quadrado inverso é desafiada com Sucesso, pois a antena em fases é direcional, de forma a criar ganho por meio de um Sinal de feixe em fases construtivas que pode ser recebido no dispositivo receptor 102. | 30 Além disso, o uso de um feixe em fases, tal como 101a ou 101b, elimina a necessidade de uso de um dispositivo feio e mais complicado tal como uma antena direcional física, ou seja, um disco, Yagi ou similar.

Além disso, devido à eficiência do processo de transmissão de energia, pode-se utilizar baixa potência para transmissão de tal forma que o sinal eletromagnético (EM) possa possuir a maior parte da sua resistência próxima ao dispositivo receptor e não espalhada, a fim de não prejudicar o ambiente nem causar : interferência com os dispositivos localizados em outros pontos.

Quando o sinal for recebido e a sua potência for disponível, O processo de conversão da corrente AC de cerca de 5,80 GHz proveniente da antena em uma corrente DC para carregar a pilha 370, o capacitor de armazenagem de energia à ou similar é realizado com retificadores de voltagem mais baixa capazes da tarefa. Esses retificadores podem ser baseados em um diodo Schottky de área pequena ou utilizar Í uma ressonância com um circuito oscilante de 5,80 GHz na mesma fase do sinal recebido, de forma a aumentar a sua potência até o ponto de superação da queda de voltagem dos diodos utilizados na parte retificadora da antena retificadora 340. Dever-se- á observar que diversos dispositivos podem ser carregados por meio de compartilhamento do feixe no tempo ou de sobreposição de fases das antenas, a fim de simular uma configuração de diversos feixes.

- 10. "E O mecanismo de carregamento descrito acima opera quando o transmissor e o receptor estiverem em comunicação entre si Podetambémser — .. benéfico, entretanto, um método de carregamento de receptores que não possuem energia para comunicar-se. Para isso, pode-se estabelecer um ou mais locais que receberão um impulso de transmissão de energia periódico.

Em um exemplo de como carregar um dispositivo que não possui potência de pilha, um dispositivo de farol ou de ressurreição (não exibido) pode ser colocado no local para receber o impulso de transmissão de energia periódico ou por .Solicitação do usuário. O dispositivo de farol comunica-se com a grade de transmissão de energia, tal como por meio da transmissão de um sinal de farol, e a grade de transmissão de energia reconhece aquela configuração de fase de sinal de farol como um local de transmissão de um impulso de transmissão de energia periódico (tal como um impulso de um segundo a cada dez minutos ou um impulso de 0,1 segundo por minuto com um impulso de um segundo a cada dez minutos). O sinal de farol transmitido do dispositivo de farol pode ser refletido e/ou sofrer refração por vários meios antes de chegar à grade de transmissão de energia. Consequentemente, diversos sinais de farol á podem ser recebidos pela grade de transmissão de energia. Quando a grade de transmissão de energia recebe um ou mais sinais de farol, pode(m) ser estabelecido(s) o(s) trajeto(s) aberto(s) do local do dispositivo de farol até a grade de transmissão de energia.

A grade de transmissão de energia pode agregar em seguida ós sinais de farol para recriar a forma de onda do sinal de farol transmitido. À partir dessa forma de onda recriada, a grade de transmissão de energia pode transmitir em seguida o impulso de transmissão de energia, por exemplo, como uma forma de onda reversa da forma de onda recriada para fornecer um impulso de energia no local estabelecido pelo dispositivo de farol. Em uma realização, a forma de onda reversa pode ser determinada tomando-se o conjugado complexo ou transformação matematicamente equivalente das formas de onda recebidas do dispositivo de farol. O dispositivo de farol pode ser desligado ao estabelecer-se o local de recebimento de um impulso de o a O a O a a a | | | | 10/23 | transmissão de energia periódico. 7 O dispositivo a ser carregado 102 que não possui potência de pilha pode ser colocado em seguida no local em que receberá o impulso de q transmissão de energia periódico até que possua energia suficiente para comunicar-se | com a grade de transmissão de energia para passar pelo processo de carregamento descrito acima.

O dispositivo pode ser movido em seguida para longe daquele local.

Ao mover-se um dispositivo a ser carregado 102 de um local para outro ou mover-se a grade de transmissão de energia, a grade de transmissão de energia pode sintonizar-se novamente (realinhando, por exemplo, as antenas de | - - 10 - transmissão) para estabelecer a melhor potência de transmissão para o dispositivo a ser | carregado 102. Essa nova sintonia pode ocorrer em resposta ao dispositivo 102 que = ' | relata uma queda de potência ou em intervalos regulares (tais como 1 ms a 10s) O | intervalo regular pode, entretanto, ser reduzido ou ampliado dependendo da qualidade | com que a potência de sinal é mantida pelo receptor, continuando ao mesmo tempo a | nova sintonia regular apesar de não haver queda da potência. | As antenas transmissoras podem também assumir a forma | de inclusão de circuito em um único chip e formação de cadeia em margarida dos chips | . comfiosparacriarlongas fitas de “fios em fase" que podem ser configuradas e utilizadas | em diversas formas e desenhos.

A construção de feixes complexos com milhares de | antenas e controladores associados por meio de cordões de chips com “controle de fase” | faz com que os fios entre os chips possam servir de trajetos de dados que conectam os i | chips a um controlador comum, enquanto, ao mesmo tempo, os fios podem também agir ' Í como as próprias antenas de transmissão/recepção.

Cada chip pode possuir mais fios | que saem dele e agem como antenas.

Cada antena pode receber um endereço (tal como | a, b, c e similares), o que permite que o chip controle a fase de cada antena independentemente das demais.

Além disso, os fios podem ser configurados em todos os tipos de disposições, dependendo do espaço disponível, pois a sintonia do feixe é independente dos locais e disposições da antena.

B . Como os controladores de chips de antena são conectados por meio de fios curtos, os fios podem ser utilizados como antenas em diversas formas.

Os próprios fios podem ser dirigidos, por exemplo, por oscilador e/ou amplificadores ou pode ser utilizada uma blindagem em volta dos fios, em que a própria blindagem é dirigida e utilizada como antena, de forma a evitar que os fios de comunicação blindem o sinal em feixes com múltiplas camadas. : A Fig. 4 é um diagrama de bloco de uma primeira realização - alternativa de transmissor.

O transmissor pode ser um controlador de antena 400 que | inclui uma lógica de controle 410, comutadores de fases 420 (Contagem N), | gerador/multiplicador de sinais 430, amplificadores 440 (Contagem N) e (N) antenas 450.

O controlador de antena 400 recebe sinais de controle de frequência base e potência, " bem como outros comandos e sinais de comunicação, sobre um terminal comum de um único controlador que controla todos os controladores de antena ou de um controlador de ii antena anterior 400. O sinal de potência, por exemplo, pode ser recebido por uma fonte de energia do transmissor 400 (não exibida), enquanto o sinal de controle de frequência base pode ser recebido pelo gerador/multiplicador de sinais 430 e os sinais de comunicação e comandos podem ser recebidos pela lógica de controle 410. Caso cada | controlador de antena anterior 400 forneça os sinais de controle de frequência base e . | potência, um terminal que conduz esses sinais pode prosseguir até o próximo controlador - 10 de antena 400. A lógica de controle 410 pode controlar o comutador de fases 420 para fazer com que ele ajuste a fase dos amplificadores 440. O gerador/multiplicador de sinais = recebe o sinal do terminal, por exemplo, a 10 MHz e o converte, por exemplo, em 2,4, 5,8 GHz e similares para transmissão sem fio. i A Fig 5 é um diagrama de bloco de uma segunda - | realização alternativa de transmissor. O transmissor pode ser um controlador de antena 500 que inclui uma lógica de controle 510, comutadores de fases 520 (contagem N), gerador/muitiplicador de sinais 530, transceptores 540 (contagem N), (N) antenas 550 e comparadores de fases 560 (contagem N). Os transceptores 540 recebem os sinais de farol ou calibragem dos receptores e encaminham o sinal para os comparadores de fases

560. Os comparadores de fases 560 determinam a fase dos sinais recebidos dos seus transceptores correspondentes 540 e determinam um ângulo de fase ideal para o qual transmitem o sinal de potência. Estas informações são fornecidas para a lógica de controle 510 que, em seguida, faz com que o comutador de fases 520 defina a fase (tal como no conjugado complexo do sinal de calibragem/farol recebido) dos transceptores e transmita a energia naquela fase definida. O gerador/multiplicador de sinais 530 desempenha uma função substancialmente similar ao gerador/multiplicador de sinais 430 do controlador de antena 400. Além disso, os sinais de terminal são similares aos do transmissor 400, em que os sinais são recebidos, por exemplo, pelos componentes o = correspondentes no transmissor 500. A Fig. 6 é um diagrama de bloco de um controlador 600 para controlar, por exemplo, os controladores de antena das Figs. 4 e 5. O controlador 600 inclui uma lógica de controle 610, fonte de energia 620, bloco de comunicação 630 conectado a uma antena 660, relógio de sinal de base 640 conectado a uma antena 670 e controlador de termina! 650. A lógica de controle 610 controla o controlador de termina! , 650, que transmite os sinais em M terminais para um número M de controladores de antena (tais como 400 e 500). A fonte de energia 620 fornece uma fonte de energia para " o controlador de terminal 650. O bloco de comunicação 630 transmite e recebe dados de um receptor por meio da sua antena correspondente 660. O relógio de sinal base 640

| 12/23 | transmite o sinal base para outros controladores e pode também enviar/receber ã transmissões para o receptor para sincronização. Um controlador 600 pode ser utilizado para controlar todas as antenas transmissoras ou diversos controladores 600 podem ser Ê empregados quando um controlador 600 controlar um grupo de antenas. Além disso, dever-se-á observar que, embora sejam exibidos blocos de comunicação separados e relógio de sinal base, que possuem antenas correspondentes, a funcionalidade pode ser incorporada em um bloco (ta! como o bloco de comunicação 630). A Fig. 7 é um diagrama de bloco de um receptor alternativo 700 de acordo com a primeira realização. O receptor 700 inclui uma lógica de controle - - 10- 710, pilha 720, bloco de comunicação 730 e antena associada 760, medidor de potência 740, retificador 750 e antena associada 770. À lógica de controle 710 transmite e recebe e um sinal de dados em uma frequência portadora de dados do bloco de comunicação 730. Este sinal de dados pode apresentar-se na forma do sinal de força de potência transmitido sobre o canal lateral descrito acima. O retificador 750 recebe o sinal de transmissão de energia do transmissor de energia, que é alimentado por meio do medidor de potência 740 para a pilha 720 para carregamento. O medidor de potência 740 mede a potência de sinal recebida e fornece à lógica de controle 710 essa medição. | A lógica de controle 710 pode também receber o nível de potência da pilha da própria | pilha 720. O receptor 700 pode ser sincronizado, por exemplo, com o controlador 600 com o controlador 600 transmitindo o sinal de frequência base por meio da antena 670. O receptor 700 pode utilizar em seguida este sinal para sincronizar um sinal de farol ou sinal de calibragem, que o receptor transmite de volta para o controlador

600. Pode-se ainda observar que esse método pode também ser utilizado com diversos ' controladores. Isso significa que, ao utilizar-se diversos feixes de transmissão, os controladores podem ser sincronizados entre si utilizando um sinal de frequência base enviado por um dos controladores. A Fig. 8 é um diagrama de bloco de um receptor alternativo -- ... 800 de acordo com a segunda realização. O receptor 800 inclui uma lógica de controle 810, pilha 820, bloco de comunicação 830 e uma antena associada 870, medidor de potência 840, retificador 850, gerador de sinais de farol 860 e uma antena associada 880 e chave 865 que conecta o retificador 850 ou o gerador de sinais de farol 860 para uma antena associada 890. O retificador 850 recebe o sinal de transmissão de energia do transmissor de energia, que é alimentado por meio do medidor de potência 840 para a pilha 820 para carregamento. O medidor de potência 840 mede a potência de sinal recebida e fornece à lógica de controle 810 essa medição. A lógica de controle 810 pode : — também receber o nível de potência de pilha da própria pilha 820. A lógica de controle 810 pode também transmitir/receber por meio do bloco de comunicação 830 um sinal de

Ú dados em uma frequência portadora de dados, tal como o relógio do sinal base para : sincronização do relógio. O gerador de sinal de farol 860 transmite o sinal de farol ou sinal de calibragem utilizando a antena 880 ou 890. Pode-se observar que, embora a ' pilha 820 seja exibida sendo carregada e fornecendo energia para o receptor 800, o receptor pode também receber a sua energia diretamente do retificador 850. Isso pode ocorrer além do fornecimento pelo retificador de corrente de carregamento para a pilha 820 ou em vez do fornecimento de carregamento. Além disso, pode-se observar que o uso de diversas antenas é, em um exemplo, implementação e a estrutura pode ser reduzida para uma antena compartilhada.

Como os circuitos de controle de antena do transmissor e os circuitos de controle e potência do receptor podem ser construídos na forma de Chips * - cc Integrados (ICs) e podem compartilhar diversos componentes de circuitos chave, as duas . funcionalidades de chips podem ser projetadas na forma de um único chip e, selecionando diferentes embalagens ou configurações, o chip pode funcionar como um transmissor ou receptor. Isso significa que o mesmo chip com certas partes capacitadas ou incapacitadas pode ser utilizado como um controlador de antena de transmissão ou um controlador de receptor. Isso pode reduzir o custo de construção e teste de dois chips diferentes, bem como reduzir os custos de fabricação de chips, o que pode ser h significativo.

Conforme discutido acima, a forma da grade de transmissão pode assumir muitas variedades. Consequentemente, a embalagem das antenas poderá ser suficientemente próxima a cerca da metade do comprimento de onda do sinal de potência transmitido até várias vezes o comprimento de onda. Poderão ser realizadas disposições bidimensionais para permitir que o feixe seja depositado plano sobre um tapete ou estendido sobre isolamento de calor de ático. Podem ser empregados, por exemplo, diversos fios largos (tais como fitas estreitas de um feixe bidimensional) que : contêm diversas antenas transmissoras. Esses fios largos poderão ser instalados no piso ou no interior de paredes. Alternativamente, a grade de transmissão de energia poderá apresentar-se na forma de antenas de quadro ou em qualquer outro formato.

Disposições tridimensionais poderão embalar o maior número de antenas e podem ser incorporadas em formas convenientes tais como telhas de escritório, portas, pinturas e TVs, de forma a tornar o feixe invisível e não obstrutivo.

Além disso, feixes de grade podem ser formados em diversas camadas empilhadas uma : a atrás da outra, permitindo uma antena com densidade mais alta. Neste exemplo, o feixe age de forma similar a um “volume de fases” que possui um único feixe frontal com um feixe de espelho mínimo atrás dele. O feixe de espelho pode ser reduzido à medida que aumenta a espessura do volume de fases.

Isso significa que feixes em fases perfeitamente planos que

E ii Ad a Ad a o | 14/23 | nm mn utilizam antenas omnidirecionais podem criar duas “imagens” das frentes de onda e formadas simetricamente em volta do plano do feixe (tal como quando houver espaço livre ou um ambiente idêntico sobre lados opostos do feixe). Isso poderá apresentar : consequências indesejáveis de redução do fornecimento de energia (tal como 50% da energia indo para o plano traseiro), de forma a reduzir a eficiência da transferência.

Dispor as antenas de feixe em forma não plana pode reduzir essa frente de onda simétrica mesmo se possuir projeto simétrico de feixe tridimensional, devido ao fato de que as antenas possuirão diferentes fases através dos lados simétricos do feixe, tornando o sinal assimétrico e não “espelhado”. | Quando o feixe for sintonizado em fases para um receptor | T -—- " específico, todas as antenas no feixe possuem uma fase específica para a qual | transmitem para criar um sinal que atinge aquele receptor específico.

Dois ou mais E | receptores podem ser configurados para receber energia por meio de um ou de uma | combinação dos métodos a seguir. | Em um primeiro método, pode-se utilizar compartilhamento | do tempo de fornecimento de energia entre os diferentes receptores.

Isso pode ser feito Í sintonizando-se as antenas no feixe em um receptor, comutando-se em seguida para o | receptor seguinte, fornecendo a cada receptor uma quantidade igual (ou desigual) de | tempo.

A sintonia do feixe em cada receptor pode ser realizada de memória ou por meio | de nova sintonia do feixe utilizando um processo similar à segunda realização de método. | Em outro método, pode-se utilizar a modulação de fases de | todas as antenas do feixe para criar diversos pontos de energia.

Para cada antena, o ! sinal recebido é um vetor com a fase que é o ângulo recebido, enquanto a magnitude é o | nível de potência do sinal recebido.

Para criar o sinal devolvido para diversos receptores, a fase da transmissão pode ser determinada como sendo o ângulo da soma dos vetores recebidos.

Embora possa não ser necessário utilizar a magnitude do sinal recebido e transmitir de cada antena em potência de transmissão normal, a fim de criar um sinal muiltifocal orientado que apresenta melhor desempenho ao considerar-se sinais com múltiplos trajetos, pode ser descoberta a potência de sinal recebida de pico de cada receptor e a adição de vetor pode ser orientada por meio de escalonamento dos vetores contra uma escala normalizada (a potência de pico de cada receptor pode, por exemplo, ser considerada de magnitude 1,0 para a potência de pico). A adição dos vetores pode | garantir que cada antena forneça mais potência para o receptor ao qual fornece mais ' energia ou, alternativamente, recebe mais energia.

Outra técnica é o compartilhamento de energia.

Dividindo-se todo o feixe em diversos subfeixes, cada um pode dedicar a sua energia a um receptor específico.

Essa abordagem pode ser benéfica quando o feixe for suficientemente | grande para que seja eficiente quando dividido. | |

Feixes separados podem ser utilizados em uníssono, em . que as unidades de feixe individuais sincronizam os seus relógios de sinal base utilizando uma frequência aérea compartilhada para atingir um sinal contínuo de uma unidade " "master" designada, permitindo que todas as unidades controladoras transmissoras “slave” adicionem as suas formas de onda de forma coerente. Isso permite a distribuição dos feixes separados no ambiente, fornecendo aos usuários flexibilidade na disposição de diversos feixes em volta do edifício, quarteirões de residências, instalação de fabricação ou escritórios. Durante a configuração desses controladores, um instalador/administrador pode ligar os diferentes feixes controladores entre si designando uma unidade master em conjunto com sequências de falha de tal forma que, não importa B quantos feixes falhem, o sistema continuará trabalhando utilizando os feixes disponíveis. Os feixes podem ser definidos, por exemplo, por meio de sincronização utilizando um relógio atômico. Isso significa que unidades de feixes separadas podem funcionar sem sincronização em uma frequência base utilizando relógios atômicos precisos (com precisão, por exemplo, de mais de 1:10") caso as unidades de feixes separadas utilizem uma única frequência para uso para transmissão de energia. Neste caso, elas estarão em fase por frações de segundo, permitindo a coerência da fase/sinal a ser mantida.

Em outro método de transmissão de energia, o transmissor pode enviar um sinal regular no canal de comunicação lateral que transmite a sua presença para todos os receptores. Caso não haja outros transmissores nas proximidades, ele garante o uso de uma das frequências definidas ou evita colisões de sinais monitorando os sinais de outros transmissores. Esses anúncios transmitidos podem variar de frequência de vários por minuto para menos de um por minuto. O receptor pode enviar um sinal que anuncie a sua presença e os transmissores podem negociar para encontrar qual é o mais apropriado para a transferência de energia. Uma vez decidido, o receptor “trava” em um único transmissor. Isso pode necessitar que cada transmissor seja definido como dispositivo lógico (controlador único), que poderá ser composto de diversos transmissores ligados. Caso o controlador detecte que o envelope ' de potência se alterou (ou seja, um receptor não está solicitando a mesma potência), o “30 controlador pode continuar a fornecer energia, de tal forma que o receptor não falhará. Em outro método de transmissão de energia, os transmissores poderão ser configurados de tal forma que estejam abertos para fornecer energia para qualquer dispositivo necessitado ou poderão ser “emparelhados” com os dispositivos que deverão servir. O emparelhamento evita o problema de que os vizinhos emprestem energia entre si de forma não intencional, o que poderá afetar a eficiência do ponto de vista do dono do transmissor. Quando o transmissor for confrontado com diversos receptores, ele pode desejar estabelecer uma hierarquia de priorização, fornecendo primeiro a energia, por exemplo, aos dispositivos mais necessitados, o que

NBS Pa 16/23 poderá ser estabelecido com base em um ou mais critérios previamente definidos. 1 Alguns dos critéris podem incluir, por exemplo: o dispositivo possui importância crítica para o seu dono (tal como um telefone celular ao d contrário de um brinquedo); o dispositivo tipicamente não passa todo o dia nas proximidades do transmissor (tal como um controle remoto de televisão em comparação com um telefone celular); ou conclui-se que o dispositivo necessita de potência imediata ou falhará.

Esses dispositivos podem receber prioridade mais alta sobre outros até que * atinjam potência não crítica.

Alternativamente, pode-se utilizar uma prioridade definida pelo usuário, em que o usuário decide qual dispositivo deverá receber a prioridade mais alta. a 7 O exemplo de preferência de priorização descrito acima = pode ser previamente instalado no sistema transmissor (tal como na lógica de controle), com a capacidade de ser desconsiderado pelo instalador do feixe, o que garante que o sistema esteja fornecendo com base na priorização dos donos/usuários.

O dono ou usuário pode também desejar se o feixe estará aberto para fornecer energia para qualquer dispositivo ou pode desejar registrar dispositivos específicos como prioridade | mais alta ou prioridade menor.

Além disso, o usuário ou dono pode desejar determinar se | mantém ou não a potência para o dispositivo específico, mesmo se estiver em Í movimento. | Na segunda realização de algoritmo de sintonia de feixes, a | transmissão de energia necessita ser suspensa à medida que o feixe sintoniza-se | novamente em um novo local do receptor.

Caso essas operações de nova sintonia sejam | realizadas em alta frequência devido ao movimento rápido dos receptores ou devido às rápidas alterações da configuração do ambiente, o tempo necessário para manter o feixe | desligado ao receber um novo sinal de farol poderá reduzir a eficiência do fornecimento | de energia.

Consequentemente, para combater isso, mais de uma frequência pode ser | utilizada pelo feixe/receptor.

Embora uma frequência esteja sendo sintonizada, outra frequência pode continuar a transmitir energia e a frequência subsequente é sintonizada À até que todas as frequências tenham sido novamente sintonizadas, de forma a evitar “30 qualquer lacuna de suspensão na transmissão.

Ao projetar-se grandes feixes em fases, pode ser difícil necessitar enviar a frequência desejada para cada antena devido ao grande número de - . cabos (tais como coaxiais). Isso pode ser ainda mais difícil quando o número de antenas ultrapassar 1000. Em outra alternativa, portanto, em vez de enviar um sinal de alta frequência (> 1 GHz) para todas as antenas, um sinal de frequência mais baixa (cerca de 10 MHz) pode ser transmitido para todas as antenas e cada antena teria um circuito de multiplicação de frequências tal como alça de fixação de fase (PLL) e comutador de fases.

Além disso, uma pilha com formato padrão (tal como AA, , AAA, célula C, célula D ou outras) com capacidade de receber energia e recarregar-se poderá ser desejada como substituição de pilhas descartáveis ou recarregáveis utilizadas S em um dispositivo eletroeletrônico. Isso necessitaria que a pilha possuísse todo o circuito necessário para comunicar-se com o feixe transmissor e também possuir capacitância de carga/energia a ser utilizada para conduzir o dispositivo com a energia da pilha.

O dispositivo frequentemente necessita de voltagem ou corrente para ativar os componentes ou a capacitância da pilha para garantir longa operação entre trocas de pilhas que excede a capacidade de uma única pilha. São frequentemente utilizadas, portanto, diversas pilhas em série ou em paralelo. Com uma e BR 7 - — única pilha de receptor, entretanto, apenas uma pilha pode ser necessária para a : operação do dispositivo, pois a pilha pode fornecer a voltagem necessária e a capacidade de energia torna-se uma questão controvertida, pois a pilha é capaz de receber quantidades enormes de energia para manter operação perpétua sem a necessidade de substituição das pilhas.

O uso de uma única pilha no lugar de várias pilhas pode, entretanto, não funcionar devido à configuração da área de armazenagem de pilhas do dispositivo. Consequentemente, podem ser empregados métodos adicionais para superar isso, A Fig. 9 é um diagrama de blocos de um sistema de pilha de receptor 900. O sistema 900 inclui pelo menos uma pilha de receptor 910 e pode incluir qualquer número de pilhas nulas 920. Para fins de exemplo, é exibida uma pilha de receptor 910 e duas pilhas nulas 920, mas dever-se-á observar que qualquer quantidade i de pilhas nulas pode ser utilizada. A pilha de receptor 910 inclui um capacitor de energia 911, um circuito de controle 912 e um oscilador de controle de voltagem 913. A pilha nula 920 inclui a lógica de indução 921.

Consequentemente, o sistema de pilha 900 pode operar conforme segue. É fornecida somente uma pilha com a pilha capacitada de “receptor” (ou seja, 910). Pilhas regulares usadas colocadas em: série com uma pilha em bom ' 30 — funcionamento, entretanto, podem sofrer acúmulo da resistência ao longo do tempo e poderão vazar ao excederem a sua vida útil, entre outros problemas que podem ocorrer.

Alternativamente, podem ser utilizadas pilhas “nulas” (ou seja, 920) em conjunto com um “seletor de potência” sobre a pilha de receptor 910. As o pilhas nulas 920 em um exemplo são dispositivos com dimensões exatas de pilhas, mas com seus ânodos reduzidos, o que faz com que a voltagem da pilha de receptor 910 dirija o dispositivo sem auxílio. A pilha de receptor 910 utiliza o circuito de controle ou deslizante 912 ou outro mecanismo de seleção para permitir que o usuário selecione o número de pilhas que está substituindo. A pilha de receptor 910 emite em seguida a

18/23 f voltagem desejada para compensar as pilhas nulas 920. ' Em outro método, podem ser utilizadas pilhas nulas inteligentes 920, bem como uma pilha de receptor inteligente 910. A pilha de receptor ' inicialmente emitirá a voltagem de uma pilha do formato desejado bem como baixa oscilação de voltagem (<0,1 V de oscilação pela duração da detecção do número de pilhas nulas utilizadas) de 1 kHz (ou outra frequência similar) e as pilhas nulas inteligentes 920 utilizam o 1 kHz para alimentar-se indutivamente. As pilhas nulas agora criam um efeito sobre a linha de potência por meio de resistência, capacitância ou outros meios que podem ser detectados pela pilha de receptor. A frequência de efeito das pilhas — —. 10 nulas inteligentes 920 é realizada por geradores semialeatórios de bordo (tal como a | Í lógica 921), que possuem a característica de serem estatisticamente aditivos. Pode-se = > - | determinar, portanto, a contagem dos geradores semialeatórios na linha. Uma realização seria o uso de um registro de comutação de feedback linear de 32 bits em funcionamento ' em um intervalo conhecido, de tal forma que o bit comutado seja utilizado para acionar as “manchas” de efeito sobre a linha de energia. O número de semente dos registros de comutação de feedback ao ligar-se deverá ser diferente em todas as pilhas nulas 920, de forma que elas não trabalhem em uníssono. A Fig. 10 é um exemplo de diagrama de linha de potência de sistema de pilha 1000, incluindo as “manchas” 1010. A pilha de receptor 910 conta as manchas 1010 na linha de potência e determina o número de pilhas nulas inteligentes

920. As manchas 1010 poderão ser pulsos de alta frequência ou modificadores da capacitância. Podem ser selecionadas manchas que não são mascaradas pela maior parte dos dispositivos eletroeletrônicos. Este processo é realizado por um curto espaço de tempo, tal como menos de um milissegundo. Em seguida, a pilha de receptor 910 não requer detecção de voltagem até ser ligada novamente, o que poderá ocorrer em um dispositivo diferente com necessidades de potência diferentes. A frequência de “potência” de 1 kHz criada pela pilha de receptor 910 é suspensa e as pilhas nulas 920 ficam dormentes e transparentes para o dispositivo sendo alimentado. NS NR J Novamente com referência à Fig. 10, são geradas manchas aleatórias 1010 por cada uma das duas baterias nulas 920 sobre a linha de sistema de energia do sistema 900. As manchas 1010 são utilizadas para determinar a quantidade de geradores de manchas aleatórias pela pilha de receptor 910. Contando-se as manchas ao longo do tempo e dividindo-se pelo número esperado de uma única pilha nula 920, pode-se determinar o número de pilhas nulas 920 instaladas em série. Em um sistema de instalação de pilhas em paralelo, entretanto, uma pilha de receptor 910 pode :. .. ser necessária para cada linha de potência paralela. Quando um dispositivo estiver recebendo energia em altas frequências acima de 500 MHz, a sua localização pode tornar-se um ponto quente de

EI no A NNE | | 19/23 | radiação (recebida). Desta forma, quando o dispositivo encontrar-se sobre uma pessoa, " o nível de radiação pode exceder as regulamentações da FCC ou exceder os níveis de | radiação aceitáveis definidos por autoridades médicas ou industriais. Para evitar qualquer ' questão de radiação excessiva, o dispositivo pode integrar mecanismos de detecção de | movimento tais como acelerômetros ou mecanismos equivalentes. Quando o dispositivo | detectar que se encontra em movimento, pode-se considerar que está sendo manipulado e acionaria um sinal para o feixe para suspender a transmissão de energia para ele ou | ! para reduzir a energia recebida para uma fração aceitável da energia. Em casos em que | o dispositivo é utilizado em um ambiente móvel tal como um caro, trem ou avião, a | — 10 energia poderá ser transmitida apenas intermitentemente ou em nível reduzido, a menos que o dispositivo esteja perto de perder toda a energia disponível 7 com A Fig. 11 é um receptor alternativo 110 de acordo com à primeira realização que inclui detecção de movimento conforme descrito acima. O receptor 1100 inclui uma lógica de controle 1110, pilha 1120, bloco de comunicação 1130 e antena associada 1160, medidor de potência 1140, retificador 1150 e antena associada 1170 e um sensor de movimento 1180. Com exceção do sensor de movimento 1180, o restante dos componentes opera de forma funcionalmente similar aos componentes correspondentes do receptor 700. O sensor de movimento 1180 detecta o movimento conforme descrito acima e sinaliza a lógica de controle 1110 para que aja de acordo com o método descrito acima.

A Fig. 12 é um receptor alternativo 1200 de acordo com a segunda realização que inclui detecção de movimento conforme descrito acima. O receptor 1200 inclui uma lógica de controle 1210, pilha 1220, bloco de comunicação 1230 e antena associada 1270, medidor de energia 1240, retificador 1250, gerador de sinais de farol 1260 e antena associada 1280 e chave 1265 que conecta o retificador 1250 ou o gerador de sinal de farol 1260 a uma antena associada 1290. Com exceção do sensor de movimento 1280, o restante dos componentes opera de forma funcionalmente similar aos componentes correspondentes do receptor 800. O sensor de movimento 1280 detecta o movimento conforme descrito acima e sinaliza a lógica de controle 1210 para agir de . acordo com o método descrito acima.

Um dispositivo projetado para receber energia em frequências utilizadas por comunicação WiFi ou Bluetooth e similares tal como um telefone celular ou dispositivo de mídia poderá já ter antenas capazes de receber energia nas frequências de transmissão de energia. Consequentemente, em vez de ter antenas adicionais para receber a energia, as mesmas antenas de comunicação utilizadas para a comunicação WiFi e similares podem ser utilizadas para receber energia, por meio da — adição do circuito necessário ao hardware de comunicação (tal como adicionando E retificação, lógica de controle etc.).

Alguns exemplos de usos do sistema de transmissão de 7 energia sem fio podem incluir supermercados e lojas de varejo ao consumidor que fornecem etiquetas de preço sobre as prateleiras das mercadorias.

Administrar o número ' de preço nessas etiquetas pode ser um esforço caro e demorado.

Além disso, ofertas e promoções especiais significam que as etiquetas seriam alteradas diariamente.

Com a sinalização atual com tinta eletrônica, é possível . fazer com que cada etiqueta seja feita com um pequeno dispositivo eletrônico que exibe os preços/promoções de forma muito eficaz e a tinta eletrônica não consome energia ao exibir uma imagem estática.

É necessário energia, entretanto, para receber os novos — dados a serem exibidos e também é necessário substituir o visor de tinta eletrônica.

Ter ' fios atingindo cada etiqueta não é uma solução viável, nem ter pilhas em cada etiqueta, pois elas necessitariam de carga ou substituição regular.

Utilizando transmissão de energia sem fio, milhares de etiquetas podem ser mantidas em operação a partir de feixes transmissores de energia sem fio colocados nos tetos ou nas prateleiras, | 15 alimentando as etiquetas regularmente, bem como ao mover-se uma etiqueta.

Quando | as etiquetas chegarem ao destino desejado, elas podem ser ativadas com energia inicial | com ou sem fio. | Em outro exemplo, instalações de fabricação utilizam um | grande número de sensores e controladores para manter a sincronização da produção, | 20 produtividade geral e qualidade dos produtos manufaturados.

Apesar do uso de | comunicação sem fio, ainda é necessário conduzir fios que conduzem energia para cada dispositivo, o que torna os dispositivos dependentes de mais um componente que é ' propenso a falhas e os dispositivos não podem ser hermeticamente vedados antes da instalação para uso em ambientes altamente combustíveis tais como refinarias de Os petróleo, pois os dispositivos necessitam ter orifícios para trazer os fios de energia para o , dispositivo.

Consequentemente, pode-se fornecer energia sem fios para esses dispositivos por meio da incorporação de um dos receptores de energia sem fio descritos acima.

O sistema de energia sem fio pode também ser utilizado J para detecção do movimento.

Quando o sistema de transmissão de energia estiver ativo, pequenos distúrbios no ambiente podem alterar a eficiência da transferência, mesmo . quando a alteração não estiver na linha de visão da transmissão.

Como esse sistema ' alavanca os diversos trajetos (múltiplos trajetos) no ambiente, ele pode ser utilizado como detector de movimento.

Ao medir-se a potência recebida de um feixe que está i localizado ou é distribuído no ambiente, quaisquer alterações do nível de potência recebido serão uma indicação de alterações da configuração eletromagnética do ambiente.

Pode-se observar que, nesses casos, o nível de transferência de energia pode ser muito pequeno, pois fios podem alimentar o receptor, mas agem apenas como meios de sintonia do feixe. Após detectar-se uma alteração na configuração do ambiente, os í alarmes/sistema de segurança podem ser notificados da alteração. Em outro exemplo, recipientes individuais de alimentos e ] bebidas que regulam a temperatura do seu conteúdo necessitam ter uma fonte de energia constante. Caso esses recipientes sejam altamente móveis, torna-se difícil manter a disponibilidade da fonte de energia. Energia sem fio pode ser utilizada para manter a disponibilidade da fonte de energia e, portanto, a temperatura dos recipientes pode ser mantida na temperatura desejada. Os recipientes podem também utilizar a energia disponível para relatar a temperatura do conteúdo, o nível de fluido ou o peso do conteúdo. Um exemplo ocorre quando bebidas quentes/frias são servidas em dias “quentes ou quando bebê-las quentes/frias é a melhor forma de bebê-las; com essa capacidade, o consumidor não necessita terminar a sua bebida antes que ela atinja a temperatura ambiente, mas poderá bebê-la por um período de tempo mais longo. Além disso, quando a bebida estiver acabando, o consumidor pode ser notificado sem fio por meio de um receptor de sinal e completar as bebidas a tempo antes que elas terminem.

Em outro exemplo, ao monitorar-se o uso de energia dos dispositivos utilizando receptores de energia, é possível detectar dispositivos com defeito antes da falha. Alarmes de incêndio, por exemplo, podem ser considerados com defeito caso não estejam consumindo a potência nominal que utilizam ou quando o consumo de energia de um dispositivo for alterado drasticamente, o que normalmente ocorre quando um dispositivo está prestes a falhar.

Deve-se compreender que a presente invenção não se limita às realizações descritas acima, mas engloba toda e qualquer realização dentro do escopo das reivindicações a seguir. Embora tenha sido descrita acima uma frequência de 5,8 GHz, por exemplo, qualquer frequência acima de 100 MHz pode ser utilizada como frequência de transmissão de energia.

Dever-se-á também observar que qualquer tipo de pilhas recarregáveis pode ser utilizado para receber a carga da grade de transmissão de energia, incluindo pilhas recarregáveis com tamanho padrão ou pilhas recarregáveis customizadas para uso em dispositivos eletrônicos específicos (ou seja, telefones celulares, PDAs e similares). Essas pilhas recarregáveis podem ser utilizadas para . substituir as pilhas atualmente existentes e podem incluir o circuito eletrônico do receptor que lhes permitirá receber o sinal de transmissão de energia e convertê-lo para recarga das pilhas. Realizações 1 Transmissor de energia de micro-ondas sem fio.

2. Transmissor de energia de micro-ondas sem fio de acordo com a realização 1, que compreende adicionalmente um controlador e uma E antena de feixe em fases que possui uma série de transceptores de feixe de micro-ondas ' para transmitir um sinal de transmissão de energia de micro-ondas.

3. Transmissor de energia de micro-ondas sem fio de ' acordo com qualquer das realizações anteriores, em que os transceptores são faseados de forma adaptativa pelo controlador para transmitir seus sinais de transmissão de energia correspondentes em uma fase selecionada. 4 Transmissor de energia de micro-ondas sem fio de acordo com qualquer das realizações anteriores, em que cada transceptor é adicionalmente operável para receber um sinal de calibragem de um dispositivo a ser ma 10 —— carregado e detectar uma fase na qual o sinal de calibragem é recebido pelo transceptor.

5. — Transmissor de energia de micro-ondas sem fio de —| É ' acordo com qualquer das realizações anteriores, em que o controlador é adicionalmente : configurado para ajustar a fase selecionada para uso na transmissão do sinal de transmissão de energia para uma fase determinada, em que a fase determinada é baseada na fase detectada em que a fase determinada indica uma fase ideal para a transmissão do sinal de transmissão de energia para o dispositivo a ser carregado.

6. Transmissor de energia de micro-ondas sem fio de acordo com qualquer das realizações anteriores, em que o sinal de transmissão de energia é transmitido sem o uso de um sinal de localização, se houver, do dispositivo a ser carregado que indique a localização do dispositivo a ser carregado.

7. Transmissor de energia de micro-ondas sem fio de acordo com qualquer das realizações anteriores, em que a fase determinada é o conjugado complexo da fase detectada.

8. Transmissor de energia de micro-ondas sem fio de acordo com qualquer das realizações anteriores, em que o controlador é configurado para comparar o sinal de calibragem com um sinal interno para detectar a fase recebida do sinal de calibragem.

9. Transmissor de energia de micro-ondas sem fio de : NE acordo com qualquer das realizações anteriores, em que o controlador é adicionalmente configurado para ajustar a fase selecionada para uso na transmissão do sinal de transmissão de energia em uma fase determinada, em que a fase determinada é « — substancialmente um conjugado complexo da fase detectada, para que o sinal de transmissão de energia seja transmitido para o dispositivo a ser carregado.

10. Transmissor de energia de micro-ondas sem fio de acordo com qualquer das realizações anteriores, em que o controlador no qual a fase determinada é um ângulo de fase dentro de uma margem de desvio do conjugado complexo da fase detectada.

11. — Transmissor de energia de micro-ondas sem fio de acordo com qualquer das realizações anteriores, em que o controlador no qual a fase , determinada é um ângulo de fase dentro de mais ou menos 36 graus do conjugado complexo da fase detectada. ] 12. Receptor de energia de micro-ondas sem fio.

13. — Receptor de energia de micro-ondas sem fio de : acordo com a realização 12, que compreende adicionalmente uma antena retificadora e configurada para receber um sinal de transmissão de energia para carregar o receptor de carregamento.

14. — Energia de micro-ondas sem fio recebida conforme — 10 descrito em qualquer das realizações 12 ou 13, que compreende adicionalmente um transmissor configurado para transmitir um sinal de calibragem para um transmissor de ; energia de micro-ondas.

15. — Energia de micro-ondas sem fio recebida conforme descrito em qualquer das realizações 12 a 14, em que a antena retificadora é adicionalmente configurada para receber um sinal de transmissão de energia que possui |. uma fase determinada, em que a fase determinada do sinal de transmissão de energia é substancialmente um conjugado complexo de uma fase detectada do sinal de calibragem.

16. Energia de micro-ondas sem fio recebida conforme descrito em qualquer das realizações 12 a 15, em que a fase determinada é um ângulo de fase dentro de uma margem de desvio do conjugado complexo da fase detectada do sinal de calibragem.

17. — Energia de micro-ondas sem fio recebida conforme descrito em qualquer das realizações 12 a 16, em que a fase determinada é um ângulo de fase dentro de mais ou menos 36 graus do conjugado complexo da fase detectada do sinal de calibragem.

Claims (9)

1. Reivindicações : 1. Transmissor de energia de micro-ondas sem fio caracterizado por compreender: : - um controlador e uma antena de feixe em fases que possui uma série de transceptores de feixe de micro-ondas para transmitir um sinal de transmissão de energia de micro-ondas, em que os transceptores são faseados de forma adaptativa pelo controlador para transmitir seus sinais de transmissão de energia = correspondentes em uma fase selecionada; mm” ' - cada transceptor é adicionalmente operável para .—. — 10 . receber sinais de calibragem com múltiplos trajetos de um dispositivo a ser carregado pelos sinais de transmissão de energia de micro-ondas e detectar uma fase na qual cada A um dos sinais de calibragem em múltiplos trajetos é recebido pelo transceptor correspondente; - o controlador é adicionalmente configurado para ajustar a fase selecionada correspondente para uso na transmissão do sinal de transmissão de energia correspondente para uma fase determinada correspondente, em que a fase determinada correspondente é baseada na fase detectada correspondente ' em que a fase determinada correspondente indica uma fase ideal para a transmissão do sinal de transmissão de energia para o dispositivo a ser carregado; em que cada sinal de transmissão de energia é transmitido sem o uso de um sinal de localização, se houver, do dispositivo a ser carregado que indique a localização do dispositivo a ser carregado; e em que o transmissor de micro-ondas e o dispositivo a ser carregado não necessitam estar em linha de visão entre si.
2. 2. Transmissor de energia sem fio de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fase determinada é o conjugado complexo da fase detectada.
3. 3. Transmissor de energia sem fio de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador é configurado para comparar cada um dos sinais de calibragem com múltiplos trajetos com um sinal interno para detectar a fase recebida de cada um dos sinais de calibragem com múltiplos trajetos. .
4. 4. Transmissor de energia de micro-ondas sem fio caracterizado por compreender: - um controlador e uma antena com feixes em fases que possui uma série de transceptores de feixes de micro-ondas para transmitir um sinal de transmissão de energia de micro-ondas, em que o transceptor é faseado de forma adaptativa pelo controlador para transmitir o sinal de transmissão de energia correspondente em uma fase selecionada correspondente; : - cada transceptor é adicionalmente operável para . receber sinais de calibragem com múltiplos trajetos de um dispositivo a ser carregado ' pelos sinais de transmissão de energia de micro-ondas e detectar uma fase na qual cada um dos sinais de calibragem com múltiplos trajetos é recebido pelo transceptor correspondente; - o controlador é adicionalmente configurado para ajustar à fase selecionada correspondente para uso na transmissão do sinal de transmissão de energia correspondente em uma fase determinada correspondente, em que a fase determinada correspondente é substancialmente um conjugado complexo da | ' "fase detectada correspondente; para que o Sinal de transmissão de energia - correspondente seja transmitido para o dispositivo a ser carregado; e em que cada sinal de transmissão de energia é transmitido sem o uso de um sinal de localização, se houver, do dispositivo a ser carregado que indica a localização do dispositivo a ser carregado; e em que o transmissor de micro-ondas e o dispositivo a ser carregado não necessitam estar em linha de visão entre si.
5. 5. Transmissor de energia de micro-ondas sem fio de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a fase determinada é um ângulo de fase dentro de uma margem de desvio do conjugado complexo da fase detectada.
6. 6. Transmissor de energia de micro-ondas sem fio de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a fase determinada é um ângulo de fase dentro de mais ou menos 36 graus do conjugado complexo da fase detectada.
7. 7. Receptor de energia de micro-ondas sem fio, caracterizado por compreender: - uma ou mais antenas retificadoras configuradas para receber sinais de transmissão de energia de um transmissor de energia de micro-ondas sem fio para carregar ó receptor de energia de micro-ondas sem fio; em que o transmissor de energia de micro-ondas sem fio compreende: - um controlador e uma antena de feixe em fases que possui uma série de transceptores de feixes de micro-ondas para transmitir os sinais de transmissão de energia de micro-ondas, em que o transceptor é faseado de forma adaptativa pelo controlador para transmitir os sinais de transmissão de energia em uma fase selecionada correspondente; - cada transceptor é adicionalmente operável para receber sinais de calibragem com múltiplos trajetos do receptor de energia de micro- , ondas e detectar uma fase na qual cada um dos sinais de calibragem com múltiplos trajetos é recebido pelo transceptor; ' - um transmissor configurado para transmitir os mencionados sinais de calibragem com múltiplos trajetos para o mencionado transmissor de energia de micro-ondas; e em que a antena retificadora é adicionalmente configurada | para receber um sinal de transmissão de energia que possui uma fase determinada, em que a fase determinada do sinal de transmissão de energia gerado sob o controle do = 10 controlador no transmissor de energia de micro-ondas é substancialmente um conjugado complexo de uma fase detectada do sinal de calibragem; e — - - " a " em que o transmissor de energia de micro-ondas e o | receptor de energia de micro-ondas sem fio não necessitam estar em linha de visão entre si.
8. 8. Receptor de energia de micro-ondas sem fio de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a fase determinada é um ângulo de fase dentro de uma margem de desvio do conjugado complexo da fase detectada do sinal de calibragem.
9. 9. Receptor de energia de micro-ondas sem fio de : atordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a fase determinada é um ângulo de fase dentro de mais ou menos 36 graus do conjugado complexo da fase detectada do sinal de calibragem.