ES2897546T3

ES2897546T3 - Método y sistema de carga inalámbrica de almacenamiento de energía eléctrica en un consumidor fijo o móvil

Info

Publication number: ES2897546T3
Application number: ES19154982T
Authority: ES
Inventors: Oleg Vladimirovich Trubnikov; Vladimir Zakharovich Trubnikov; Andrej Borisovich Tarasov
Original assignee: Folquer Holdings Ltd
Current assignee: Folquer Holdings Ltd
Priority date: 2018-04-16
Filing date: 2019-02-01
Publication date: 2022-03-01
Anticipated expiration: 2039-02-01
Also published as: US20210104915A1; CA3034072A1; US20190319490A1; CN110391696A; RU2699024C1; EP3557720B1; KR20190120723A; EP3557720A1

Abstract

Un método para cargar de forma inalámbrica un dispositivo de almacenamiento de energía (8), que comprende: transmitir energía eléctrica desde una fuente de energía (1) a un aparato de recepción de energía (5) mediante el uso de un aparato de transmisión de energía (4) por resonancia magnética acoplado al aparato de recepción de energía (5); en donde el aparato de transmisión de energía (4) está conectado además a la fuente de energía (1) a través de un convertidor de corriente de frecuencia ajustable (2) adaptado para convertir una corriente eléctrica de la fuente de energía (1) en una corriente CA de alta frecuencia en una bobina resonante (3) del aparato de transmisión de energía (4), generando de esta manera una corriente eléctrica de alta frecuencia en una bobina resonante (6) del aparato de recepción de en (5); y convertir, por medio de un convertidor de corriente (7) conectado al dispositivo de almacenamiento de energía (8), la corriente eléctrica de alta frecuencia generada en corriente eléctrica necesaria para proporcionar el funcionamiento del dispositivo de almacenamiento de energía (8); en donde el convertidor de corriente de frecuencia ajustable (2) está configurado para una frecuencia de resonancia de un cuarto de longitud de onda de la bobina resonante (3) del aparato de transmisión de energía (4); en donde la bobina resonante (3) del aparato de transmisión de energía (4) es una línea de un cuarto de longitud de onda de extremos abiertos formada por un par de alambres aislados enrollados en una espiral plana de dos alambres.

Description

DESCRIPCIÓN

Método y sistema de carga inalámbrica de almacenamiento de energía eléctrica en un consumidor fijo o móvil Campo de la invención

La presente invención se refiere a una ingeniería eléctrica, particularmente a métodos y sistemas para transmitir de forma inalámbrica energía eléctrica entre dispositivos estacionarios, en particular entre unidades de suministro de energía estacionarias y dispositivos móviles que consumen energía eléctrica, mediante el uso de tecnologías de media onda resonante.

Antecedentes

Los métodos y dispositivos para transmitir de forma inalámbrica energía eléctrica desde una fuente de alimentación estacionaria a un dispositivo consumidor de energía estacionario o móvil se clasifican como objetos estrecha y débilmente acoplados. Los métodos y sistemas estrechamente acoplados proporcionan pérdidas de energía mínimas. Una desventaja de los sistemas estrechamente acoplados para transmitir energía de forma inalámbrica es que se requiere que un aparato de transmisión de energía y un aparato de recepción de energía estén posicionados con precisión uno con respecto al otro. En los sistemas estrechamente acoplados, se requiere llevar un factor de acoplamiento hasta aproximadamente el 100 %.

Incluso si el factor de acoplamiento es inferior al 10 %, los métodos y sistemas débilmente acoplados pueden proporcionar una eficiencia de 0,8 o más con requisitos significativamente menores para el posicionamiento relativo del aparato de transmisión de energía y el aparato de recepción de energía, en particular debido a las propiedades resonantes del aparato de transmisión de energía y el aparato de recepción de energía. Una fuerza electromotriz puede excitarse tanto en los aparatos de transmisión de energía estrechamente acoplados como en los aparatos de recepción de energía, principalmente debido a variables de campos magnéticos o eléctricos. Los sistemas de transmisión también se clasifican como resonantes y no resonantes.

Hay un método y un dispositivo conocidos para transmitir energía eléctrica (patente rusa número. 2411142 con fecha de 10.02.2011, Boletín No. 4) a vehículos eléctricos, teléfonos celulares y otros dispositivos electrónicos que transmiten energía eléctrica desde un sistema de suministro de energía resonante a través de un transductor de alta frecuencia y alta tensión a una frecuencia resonante de fo, una línea de un solo alambre y un espacio de aire a los colectores de corriente individuales de un dispositivo consumidor de energía; la energía eléctrica se transmite mediante el uso de un método de inducción eléctrica a una frecuencia en el intervalo de 0,1-1000 kHz a un tensión de línea de 0,1-1000 kV a través de un espacio de aire entre dos alambres conductores blindados en un lado externo con placas de condensadores de aire; en donde una de las placas es radiante y está conectada a una línea de un solo alambre blindada y aislada; una capacidad del blindaje aislado de una línea de un solo alambre se compensa a una frecuencia resonante de f0 con una inductancia por la conexión de la inductancia a la pantalla y una tierra; la placa receptora recibe energía y está integrada en un colector de corriente del dispositivo consumidor de energía y conectada a una carga eléctrica a través de un circuito oscilante, un rectificador y un cargador.

Una desventaja del método conocido de RU 2411142 es que se requiere el uso de un alto potencial (hasta 1000 kV) en un aparato de transmisión de energía y un aparato de recepción de energía.

Un método sin contacto para suministrar energía a vehículos eléctricos (patente rusa No. 2505427 de fecha 10.07.2013. Boletín No. 19) permite resolver el problema de la transmisión de energía sin contacto a aparatos de recepción de energía estacionarios o móviles. De acuerdo con la patente anterior, el método conocido para suministrar energía a vehículos eléctricos comprende: suministrar energía desde una fuente de corriente de alta frecuencia a un sistema de transmisión ubicado en la superficie de una carretera y recibir la energía suministrada por un equipo eléctrico de los vehículos eléctricos; en donde una energía eléctrica de una red eléctrica se convierte en una frecuencia y una tensión, y se crean oscilaciones resonantes de corriente y tensión en el sistema de suministro de energía de transmisión a una frecuencia de resonancia natural de un circuito eléctrico en el vehículo eléctrico. Mientras tanto, la energía eléctrica se suministra en modo resonante a través de un alimentador de alta frecuencia a una bobina de transmisión. La bobina de transmisión (suministro) está ubicada en la superficie de una carretera y formada como una bobina plana rectangular de una sola capa de alambre aislado, con un desplazamiento de cada vuelta de bobina por un diámetro de alambre de bobina. Se genera un campo electromagnético en ambas partes de la bobina de transmisión cuando una corriente alterna de alta frecuencia pasa a través de ellas; un vector de densidad de energía electromagnética está orientado y dirigido en la parte superior de la bobina de transmisión, y las bobinas receptoras en forma de bobinas en espiral están ubicadas en el vehículo eléctrico a lo largo de una circunferencia de las ruedas de goma mientras se mueven o se detienen en la superficie de la carretera. El vehículo eléctrico también estará equipado con una bobina receptora rectangular ubicada y asegurada a una placa aislada eléctricamente que a su vez está asegurada a la parte inferior de la carrocería del vehículo y ubicada paralela a la plataforma de la carretera con un espacio de aire sobre ambas partes de la bobina de transmisión. Las bobinas del vehículo eléctrico reciben energía electromagnética que se suministra a un dispositivo de almacenamiento de energía a través de un rectificador.

Otros métodos y sistemas para cargar de forma inalámbrica un dispositivo de almacenamiento de energía se describen en ^wO 2016/114637 A1 (publicado el 21 de julio de 2016) y US 2013/099583 (publicado el 25 de abril de 2013).

Una desventaja del método conocido sin contacto para suministrar energía a vehículos eléctricos es la alta irregularidad de un flujo de inducción magnética en una dirección transversal en relación con los conductores, endureciendo de esta manera los requisitos de precisión del posicionamiento del aparato de recepción de energía transversalmente a los conductores de la bobina.

Un objeto de la presente invención es crear un método y un sistema para cargar de forma inalámbrica un dispositivo de almacenamiento de energía que tiene una intensidad uniforme de flujo magnético en un área activa de un aparato de transmisión de energía, una alta eficiencia con respecto a la transmisión de energía, y un bajo nivel de radiación. Resumen

Un efecto técnico proporcionado por la presente invención es permitir la carga inalámbrica de un dispositivo de almacenamiento de energía, en particular un dispositivo de almacenamiento de energía de un dispositivo consumidor de energía estacionario o móvil, es decir, la carga y recarga de dispositivos de almacenamiento de energía en vehículos durante el movimiento o en estaciones especiales de carga inalámbrica, cuando un dispositivo consumidor de energía móvil está presente en un cruce de carreteras con semáforos, etc., carga y recarga de dispositivos de almacenamiento de energía en teléfonos móviles, ordenadores portátiles, tabletas en grandes espacios, carga y recarga de dispositivos de almacenamiento de energía en cuadricópteros, sistemas logísticos automatizados de movimiento de carga en grandes almacenes y bases y dispositivos de almacenamiento en condiciones de funcionamiento de sistemas automáticos en los que la presencia de personas no es deseable (almacenes con temperaturas de funcionamiento muy bajas, almacenes con una composición especial del ambiente, etc.).

Un efecto técnico adicional proporcionado por la presente invención es la eficiencia mejorada de la transmisión de energía inalámbrica, ya que un campo electromagnético en la periferia de la bobina resonante del aparato de transmisión de energía participa efectivamente en la transmisión de energía inalámbrica como resultado de un campo magnético que no disminuye en la bobina resonante del aparato de transmisión de potencia hacia la periferia. En un aspecto de la presente invención, se proporciona un método para cargar de forma inalámbrica un dispositivo de almacenamiento de energía, que incluye: transmitir energía eléctrica desde una fuente de energía a un aparato de recepción de energía mediante el uso de un aparato de transmisión de energía por resonancia magnética acoplado al aparato de recepción de energía y conectado a la fuente de energía a través de un convertidor de corriente de frecuencia ajustable destinado a convertir una corriente eléctrica de la fuente de energía en una corriente CA de alta frecuencia en una bobina resonante del aparato de transmisión de energía, generando de esta manera una corriente eléctrica de alta frecuencia en una bobina resonante del aparato de recepción de energía; y convertir, por medio de un convertidor de corriente conectado al dispositivo de almacenamiento de energía, la corriente eléctrica de alta frecuencia generada en corriente eléctrica requerida para proporcionar el funcionamiento del dispositivo de almacenamiento de energía; en donde el convertidor de corriente de frecuencia ajustable está configurado para una frecuencia de resonancia de un cuarto de longitud de onda de la bobina resonante del aparato de transmisión de potencia; en donde la bobina resonante del aparato de transmisión de potencia es una línea de extremos abiertos formada por un par de alambres aislados enrollados en una espiral plana de doble alambre. En una modalidad del método para cargar de forma inalámbrica un dispositivo de almacenamiento de energía, la bobina resonante del aparato de recepción de energía está formada por un par de alambres aislados enrollados en una espiral plana de doble alambre; una frecuencia de resonancia natural de la bobina espiral plana de doble alambre del aparato de recepción de energía es igual a una frecuencia resonante de la bobina espiral plana de doble alambre del aparato de transmisión de energía.

En una modalidad del método para cargar de forma inalámbrica un dispositivo de almacenamiento de energía, los conductores periféricos de la bobina espiral plana de doble alambre del aparato de transmisión de energía están en cortocircuito y la energía eléctrica del convertidor de corriente de frecuencia ajustable se suministra a la bobina espiral plana de doble alambre del aparato de transmisión de energía mediante el uso de una bobina de acoplamiento magnético que cubra la bobina espiral plana de doble alambre del aparato de transmisión de energía. En otra modalidad del método para cargar de forma inalámbrica un dispositivo de almacenamiento de energía, la bobina de acoplamiento magnético se conecta al convertidor de corriente de frecuencia ajustable a través de un capacitor, formando de esta manera un circuito oscilante; una frecuencia resonante del circuito oscilante formado es igual a una frecuencia resonante natural de la bobina espiral plana de doble alambre del aparato de transmisión de energía.

En algunas modalidades del método para cargar de forma inalámbrica un dispositivo de almacenamiento de energía, la bobina resonante del aparato de recepción de energía está formada por un solo alambre enrollado en una espiral plana de un solo alambre, y la bobina resonante del aparato de recepción de energía está conectada al convertidor de corriente a través de un capacitor, formando de esta manera un circuito oscilante; en donde una frecuencia resonante del circuito oscilante formado es igual a una frecuencia resonante de la bobina espiral plana de doble alambre del aparato de transmisión de energía.

En otras modalidades del método para cargar de forma inalámbrica un dispositivo de almacenamiento de energía, la bobina de acoplamiento magnético está formada por dos semi-bobinas circulares ubicadas a lo largo de una periferia en los extremos opuestos de la bobina espiral plana de doble alambre del aparato de transmisión de energía; en donde las medias bobinas circulares formadas están interconectadas eléctricamente en serie y de forma consistente. En otro aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema para cargar deforma inalámbrica un dispositivo de almacenamiento de energía, que comprende: una fuente de energía; un aparato de transmisión de energía conectado a la fuente de energía a través de un convertidor de corriente de frecuencia ajustable destinado a convertir una corriente eléctrica de la fuente de energía en una corriente CA de alta frecuencia en una bobina resonante del aparato de transmisión de energía; un aparato de recepción de energía por resonancia magnética acoplado al aparato de transmisión de energía para generar una corriente eléctrica de alta frecuencia en una bobina resonante del aparato de recepción de energía; un convertidor de corriente conectado al dispositivo de almacenamiento de energía y destinado a convertir la corriente eléctrica de alta frecuencia generada en la corriente eléctrica necesaria para proporcionar el funcionamiento del dispositivo de almacenamiento de energía; en donde el convertidor de corriente de frecuencia ajustable está configurado para una frecuencia de resonancia de un cuarto de longitud de onda de la bobina resonante del aparato de transmisión de energía; en donde la bobina resonante del aparato de transmisión de potencia es una línea de extremos abiertos formada por un par de alambres aislados enrollados en una espiral plana de doble alambre.

De acuerdo con una modalidad del sistema para cargar de forma inalámbrica un dispositivo de almacenamiento de energía, la bobina resonante del aparato de recepción de energía está formada por un par de alambres aislados enrollados en una espiral plana de dos alambres; una frecuencia de resonancia natural de la bobina espiral plana de dos alambres del aparato de recepción de energía es igual a una frecuencia de resonancia de la bobina espiral plana de dos alambres del aparato de transmisión de energía.

De acuerdo con una modalidad del sistema para cargar de forma inalámbrica un dispositivo de almacenamiento de energía, los conductores periféricos de la bobina espiral plana de dos alambres del aparato de transmisión de energía están en cortocircuito, y la energía eléctrica del convertidor de corriente de frecuencia ajustable se suministra a la bobina espiral plana de doble alambre del aparato de transmisión de potencia mediante el uso de una bobina de acoplamiento magnético que cubre la bobina espiral plana de doble alambre del aparato de transmisión de energía.

De acuerdo con otra modalidad del sistema para cargar de forma inalámbrica un dispositivo de almacenamiento de energía, la bobina de acoplamiento magnético se conecta al convertidor de corriente de frecuencia ajustable a través de un capacitor, formando de esta manera un circuito oscilante; una frecuencia resonante del circuito oscilante formado es igual a una frecuencia resonante natural de la bobina espiral plana de doble alambre del aparato de transmisión de energía.

De acuerdo con algunas modalidades del sistema para cargar de forma inalámbrica un dispositivo de almacenamiento de energía, la bobina resonante del aparato de recepción de energía está formada por un solo alambre enrollado en una espiral plana de un solo alambre, y la bobina resonante del aparato de recepción de energía está conectada al convertidor de corriente a través de un capacitor, formando de esta manera un circuito oscilante, en donde una frecuencia resonante del circuito oscilante es igual a una frecuencia resonante de la bobina espiral plana de doble alambre del aparato de transmisión de energía.

De acuerdo con otras modalidades del sistema para cargar de forma inalámbrica un dispositivo de almacenamiento de energía, la bobina de acoplamiento magnético está formada por dos semi-bobinas circulares ubicadas a lo largo de una periferia en los extremos opuestos de la bobina espiral plana de doble alambre del aparato de transmisión de energía, en donde las medias bobinas formadas están interconectadas eléctricamente en serie y de manera consistente.

Descripción de los dibujos

La esencia de los métodos y sistemas proporcionados se ilustra en la Figura 1-6.

La Figura 1 muestra un diagrama eléctrico que ilustra un método y un dispositivo para cargar de forma inalámbrica un dispositivo de almacenamiento de energía de un dispositivo consumidor de energía estacionario o móvil, que incluye: transmitir energía eléctrica desde una fuente de energía a un aparato de recepción de energía del dispositivo consumidor de energía, en donde una bobina de resonancia magnética en un aparato de transmisión de energía está formada por un par de alambres enrollados desde un centro a una periferia en una espiral plana; para excitar las ondas estacionarias de corriente y potencial en la bobina, los conductores centrales de la bobina espiral plana de doble alambre están aislados entre sí, y los conductores periféricos de la bobina espiral plana de doble alambre están conectados al convertidor de frecuencia.

La Figura 2 muestra un diagrama eléctrico que ilustra un método y un dispositivo para cargar de forma inalámbrica un dispositivo de almacenamiento de energía de un dispositivo consumidor de energía estacionario o móvil, que incluye: transmitir energía eléctrica desde una fuente de energía a un aparato de recepción de energía del dispositivo consumidor de energía, en donde una bobina de resonancia magnética en el aparato de recepción de energía está formada por un par de alambres enrollados desde un centro a una periferia en una espiral plana; para convertir una corriente de alta frecuencia en una corriente necesaria para el funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento de energía, los conductores centrales de la bobina espiral plana de doble alambre están aislados entre sí y los conductores periféricos de la bobina están conectados al convertidor de frecuencia. La Figura 3 muestra un diagrama eléctrico que ilustra un método y un dispositivo para cargar de forma inalámbrica un dispositivo de almacenamiento de energía de un dispositivo consumidor de energía estacionario o móvil, que incluye: transmitir energía eléctrica desde una fuente de energía a un aparato de recepción de energía del dispositivo consumidor de energía, en donde los conductores periféricos de la bobina espiral plana de doble alambre en un aparato de transmisión de energía están en cortocircuito, y se transmite una energía desde la salida de un convertidor a la bobina espiral plana de doble alambre del aparato de transmisión de energía mediante el uso de una bobina de acoplamiento magnético cubriendo la bobina espiral plana de doble alambre del aparato de transmisión de energía en la periferia en el plano de la bobina.

La Figura 4 muestra un diagrama eléctrico que ilustra un método y un dispositivo para cargar de forma inalámbrica un dispositivo de almacenamiento de energía de un dispositivo consumidor de energía fijo o móvil, que incluye: transmitir energía eléctrica desde una fuente de energía a un aparato de recepción de energía del dispositivo consumidor de energía, en donde una bobina de acoplamiento magnético de la bobina espiral plana de doble alambre en un aparato de transmisión de energía está conectada a una salida de convertidor de corriente por medio de una capacitancia, la capacitancia en combinación con la bobina de acoplamiento forma un circuito oscilante en serie.

La Figura 5 muestra un diagrama eléctrico que ilustra un método y un dispositivo para la carga inalámbrica de un dispositivo de almacenamiento de energía de un dispositivo de consumo de energía estacionario o móvil, que incluye: la transmisión de una energía eléctrica desde una fuente de energía a un aparato de recepción de energía del dispositivo de consumo de energía, en donde una bobina espiral plana de un solo alambre de un aparato de recepción de energía está conectada a un convertidor para convertir una corriente de alta frecuencia en una corriente necesaria para proporcionar el funcionamiento de un dispositivo de almacenamiento de energía en el aparato de recepción de energía a través de un capacitor que forma un circuito oscilante en serie con la bobina espiral plana de un solo alambre del aparato de recepción de energía.

La Figura 6 muestra un diagrama eléctrico que ilustra un método y un dispositivo para cargar de forma inalámbrica un dispositivo de almacenamiento de energía de un dispositivo consumidor de energía estacionario o móvil, que incluye: transmitir energía eléctrica desde una fuente de energía a un aparato de recepción de energía del dispositivo consumidor de energía, en donde una bobina de acoplamiento magnético para transmitir energía desde la salida de un convertidor de corriente a una bobina espiral plana de dos alambres de un aparato de transmisión de potencia está formada por dos semi-bobinas circulares ubicadas a lo largo de una periferia en los extremos opuestos de la bobina espiral plana de doble alambre.

Descripción detallada

Un dispositivo comprende una fuente de energía 1, en donde un convertidor de corriente monofásico 2 de 380 V/3p/50 Hz a ^hF (1,0-30,0 kHz) está conectado a los terminales de la fuente de alimentación 1. La frecuencia de la corriente de salida del convertidor 2 puede ser ajustada por un operador o automáticamente. Los terminales de salida del convertidor de frecuencia 2 están conectados a los conectores periféricos de una bobina plana en espiral de doble alambre 3. La bobina espiral plana de doble alambre 3 tiene conectores centrales aislados entre sí y de otras partes conductoras y componentes del aparato de transmisión de energía 4. La bobina espiral plana de doble alambre 3 como se describió anteriormente está formada como una línea larga de extremos abiertos enrollada en una espiral plana, la línea se alimenta desde el convertidor de frecuencia de frecuencia ajustable 2. Si el convertidor de frecuencia 2 está configurado para una frecuencia de resonancia de un cuarto de longitud de onda de la bobina 3, las ondas estacionarias actuales y potenciales se excitan a lo largo de la línea larga 3 enrollada en la espiral plana de doble alambre, en donde las ondas estacionarias excitadas tienen un potencial antinodo en un centro entre los conectores aislados y un antinodo de corriente en los conectores periféricos conectados a los terminales de salida del convertidor de frecuencia 2. Se forma un nodo de corriente en los conectores abiertos y aislados de la línea larga 3, y se excita un potencial en los conectores periféricos de entrada de la línea larga 3. Cuando los nodos y antinodos de corriente y potencial están dispuestos en la bobina espiral plana de doble alambre 3 de la manera anterior, un campo magnético en la bobina espiral plana de doble alambre 3 no disminuye hacia la periferia de la bobina debido al antinodo de corriente ubicado en la periferia de la bobina 3, permitiendo de esta manera que el campo electromagnético en la periferia participe efectivamente en la transmisión de energía para una unidad electromagnética receptora 6 de un aparato de recepción de energía 5. Una energía excitada en la bobina espiral plana de un solo alambre 6 se convierte, a través de un convertidor 7, de energía de corriente de alta frecuencia en energía con una corriente requerida para proporcionar el funcionamiento normal de un dispositivo de almacenamiento de energía 8 en el aparato de recepción de energía 5. La bobina espiral plana de un solo alambre 6 funciona como una bobina no resonante normal colocada en un campo alterno electromagnético de la bobina espiral plana de un cuarto de onda de doble alambre 3 del aparato de transmisión de energía 4.

Cuando los conductores en una parte central de una espiral están aislados entre sí, una bobina espiral plana de doble alambre 6 en un aparato de recepción de energía 5 de la Figura 2 comienza a funcionar de manera similar a la bobina espiral plana de doble alambre 3 en el aparato de transmisión de energía 4, en particular como una línea larga de extremos abiertos formada por un par de alambres enrollados en espiral. Un antinodo potencial se excita en una parte central de la bobina 6, y un antinodo de corriente se excita en la periferia de la bobina 6. Por lo tanto, un antinodo de inducción de un flujo magnético de la bobina 6 se excita en la periferia de la bobina 6, lo que permite de esta manera una mayor uniformidad de una densidad de flujo de energía sobre un área de la bobina espiral plana de doble alambre 3.

Cuando los conectores periféricos en una bobina espiral plana de doble alambre 3 del aparato de transmisión de energía 4 como se muestra en la Figura 3 están conectados entre sí, permite que la bobina espiral plana de doble alambre 3 se aísle galvánicamente de una red eléctrica de CA industrial, reduciendo de esta manera significativamente un peligro de seguridad de un cargador para el personal operativo que mantiene dispositivos de almacenamiento de energía y para aquellos que usan una estación de carga y un cargador inalámbrico de dispositivos que consumen energía estacionarios y móviles.

Como se muestra en la Figura 4 y la Figura 5, cuando los capacitores 10 y 11 están conectados a los circuitos de transmisión y descarga del aparato de transmisión de energía 4 y del aparato de recepción de energía 5, se crean las condiciones necesarias para que se produzca una resonancia en los circuitos en serie que suministran energía en una bobina de acoplamiento de suministro 9 en el aparato de transmisión de energía 4 y una descarga de energía proporcionada desde la bobina en espiral de una sola capa receptora 6 en el aparato de recepción de energía 5.

La división de la bobina de suministro 9 en el aparato de transmisión de energía 4 aumenta la confiabilidad del proceso del suministro de energía a la bobina transmisora de doble alambre 3 (ver Figura 6) debido al suministro de energía de una manera bidireccional a la bobina 3, de esta manera facilita condiciones térmicas para las bobinas 6 y simplificación de las condiciones de enfriamiento de una unidad de suministro de energía que suministra energía al cargador.

A continuación, se muestran ejemplos de un método y un dispositivo para cargar deforma inalámbrica un dispositivo de almacenamiento de energía de un dispositivo consumidor de energía estacionario o móvil.

Ejemplo 1.

La bobina transmisora 3 está formada por un alambre de cobre doble con un área de sección transversal de 0,75 mm2, 90 vueltas. Los conductores de la bobina están ubicados en el mismo plano, formando de esta manera una espiral de Arquímedes de doble alambre. El diámetro interior de la bobina en espiral es de 100 mm y el diámetro exterior es de 480 mm. La inductancia de cada espiral es de 5,1 mH. La bobina espiral plana de doble alambre es una línea larga de un cuarto de onda de extremo abierto enrollada en una espiral plana. Los extremos de la línea están aislados entre sí. Una capacitancia entre alambres en espiral es 30,5 nF. La resistencia de los conductores en la bobina espiral plana de dos alambres es de 2,3 Q y 2,4 Q. Una frecuencia resonante es fo = 64-60 kHz. La bobina 6 del aparato de recepción de energía 5 está formada como una bobina espiral plana de un solo alambre que tiene un diámetro interior de 100 mm. La inductancia de la bobina es de 0,3 mH. La energía eléctrica con una potencia de 100 W y una disipación máxima del 7 % se suministra a una distancia de 0,5 m en una dirección vertical entre las bobinas del aparato de transmisión de energía 3 y el aparato de recepción de energía 6 cuando se mueven en dos direcciones mutuamente transversales en un plano horizontal (± 0,3 m desde el centro).

Ejemplo 2.

En las condiciones de transmisión de energía de acuerdo con el ejemplo 1, la energía se suministra a la bobina 3 por medio de la bobina de alimentación 9. La bobina de suministro 9 está formada por un alambre de cobre que tiene un área de sección transversal de 2,5 mm2, 3 vueltas. La inductancia de la bobina 9 es 18,5 pH. La bobina 9 está conectada a la salida del convertidor de frecuencia 2 a través del capacitor eléctrico en serie 10. Una capacitancia del capacitor 10 es 180 nF. Los conectores de la bobina 3 están en cortocircuito. Las mediciones periféricas de la disipación de energía transmitida en las mismas condiciones de prueba de acuerdo con el Ejemplo 1 han mostrado resultados similares para la disipación con una desviación de la bobina receptora de un centro en ± 0,3 m, es decir, no más del 7 %.

En las condiciones de transmisión de energía de acuerdo con el Ejemplo 1 y el Ejemplo 2, la energía con una potencia de 100 W se transmite a una distancia de 1,0 m. Una disipación máxima es del 10 %.

Por lo tanto, las pruebas de transmisión de energía para distancias de 0,5 m y 1,0 m han demostrado que la irregularidad de la intensidad de un campo electromagnético para dispositivos de baja potencia, como teléfonos móviles, portátiles, tabletas, PC, etc., en un área de aproximadamente 0,3 m2 no es más del 10 %. En este caso, una intensidad de flujo de energía electromagnética promedio es de aproximadamente 0,3 kW/m2.

Ejemplo 3

La bobina de alimentación de transmisión 3 está formada por un cable multiconductor de cobre doble PVMTg-40 con un área de sección transversal de 0,25 mm2y la resistencia del aislamiento es de 40 kV CC y el diámetro exterior del aislamiento es de 4,2 mm. La bobina está formada como una espiral rectangular plana con unas dimensiones exteriores de 2,5 m x 1,0 m. Un número de vueltas dobles es 150. Los conectores internos de la bobina están aislados entre sí. Los conectores externos están conectados al convertidor de frecuencia de alimentación. La frecuencia de la corriente de suministro es de 11 kHz. Una inductancia de cada trayectoria de la bobina de doble cable es 6,2 mH. Una resistencia de CC de cada trayectoria es de 11 Q. Una bobina del aparato de recepción de energía está formada por un alambre de cobre de múltiples núcleos con un área de sección transversal de 16 mm2. La bobina del aparato de recepción de energía tiene unas dimensiones de 1,4 m x 0,5 m. Un número de vueltas es 25. Una inductancia es de 1,2 mH. Una resistencia de CC es de 0,16 Q. La distancia entre las bobinas del aparato de transmisión de energía y el aparato de recepción de energía es de 0,3 m y la energía transmitida es de 2,0 kW. Una irregularidad máxima de energía en caso de desviación de una posición central en cualquiera de los cuatro lados en 0,5 m es del 10 %. Una intensidad de flujo de energía electromagnética promedio es de aproximadamente 3,0 kW/m2.

Así, las pruebas de irregularidad del flujo de energía eléctrica para la transmisión a una distancia de 0,3 m a una energía de 2,0 kW desplazando la bobina del aparato de recepción de energía en ± 0,5 m (la mitad del ancho de la bobina de transmisión) han demostrado que las desviaciones de potencia no superan el 10 %.

El dispositivo de acuerdo con el Ejemplo 3 puede usarse para cargar baterías de dispositivos móviles tales como automóviles, carros eléctricos o cuadricópteros, sin ningún requisito estricto para el posicionamiento mutuo del cargador y la unidad o dispositivo reparado; se pueden reparar varios dispositivos simultáneamente en paralelo. La presente invención permite que los dispositivos de almacenamiento de energía de un dispositivo consumidor de energía estacionario o móvil se carguen de forma inalámbrica, es decir, permite cargar y recargar dispositivos de almacenamiento de energía en vehículos durante el movimiento o en estaciones de carga inalámbrica especiales cuando un dispositivo consumidor de energía móvil está en un cruce de carreteras con semáforos, etc., y carga y recarga de dispositivos de almacenamiento de energía en teléfonos móviles, computadoras portátiles, tabletas en habitaciones grandes, y carga y recarga de dispositivos de almacenamiento de energía en cuadricópteros, sistemas logísticos automatizados de movimiento de carga en grandes almacenes y bases y dispositivos de almacenamiento en condiciones de funcionamiento de sistemas automatizados donde la presencia de personas es indeseable (almacenes con temperaturas de funcionamiento muy bajas, almacenes con una composición especial de ambiental, etc.).

Claims

REIVINDICACIONES

i. Un método para cargar de forma inalámbrica un dispositivo de almacenamiento de energía (8), que comprende:

transmitir energía eléctrica desde una fuente de energía (1) a un aparato de recepción de energía (5) mediante el uso de un aparato de transmisión de energía (4) por resonancia magnética acoplado al aparato de recepción de energía (5);

en donde el aparato de transmisión de energía (4) está conectado además a la fuente de energía (1) a través de un convertidor de corriente de frecuencia ajustable (2 ) adaptado para convertir una corriente eléctrica de la fuente de energía (1) en una corriente Ca de alta frecuencia en una bobina resonante (3) del aparato de transmisión de energía (4), generando de esta manera una corriente eléctrica de alta frecuencia en una bobina resonante (6) del aparato de recepción de en (5); y

convertir, por medio de un convertidor de corriente (7) conectado al dispositivo de almacenamiento de energía (8), la corriente eléctrica de alta frecuencia generada en corriente eléctrica necesaria para proporcionar el funcionamiento del dispositivo de almacenamiento de energía (8);

en donde el convertidor de corriente de frecuencia ajustable (2) está configurado para una frecuencia de resonancia de un cuarto de longitud de onda de la bobina resonante (3) del aparato de transmisión de energía (4);

en donde la bobina resonante (3) del aparato de transmisión de energía (4) es una línea de un cuarto de longitud de onda de extremos abiertos formada por un par de alambres aislados enrollados en una espiral plana de dos alambres.
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la bobina resonante (6) del aparato de recepción de energía (5) está formada por un par de alambres aislados enrollados en una espiral plana de doble alambre; una frecuencia de resonancia natural de la bobina espiral plana de doble alambre (6) del aparato de recepción de energía (5) es igual a una frecuencia resonante de la bobina espiral plana de doble alambre (3) del aparato de transmisión de energía (4).
3. El método de acuerdo con la reivindicación 2, en donde los conectores periféricos de la bobina espiral plana de dos alambres (3) del aparato de transmisión de energía (4) están en cortocircuito y se suministra la energía eléctrica del convertidor de corriente de frecuencia ajustable (2) a la bobina espiral plana de doble alambre (3) del aparato de transmisión de energía (4) mediante el uso de una bobina de acoplamiento magnético (9) que cubre la bobina espiral plana de doble alambre (3) del aparato de transmisión de energía (4).
4. El método de acuerdo con la reivindicación 3, en donde la bobina de acoplamiento magnético (9) se conecta al convertidor de corriente de frecuencia ajustable (2 ) a través de un capacitor (10), formando de esta manera un circuito oscilante; una frecuencia resonante del circuito oscilante formado es igual a una frecuencia resonante natural de la bobina espiral plana de doble alambre (3) del aparato de transmisión de energía (4).
5. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la bobina resonante (6) del aparato de recepción de energía (5) está formada por un solo alambre enrollado en una espiral plana de un solo alambre, y la bobina resonante (6) del aparato de recepción de energía (5) está conectado al convertidor de corriente (7) a través de un capacitor (11 ), formando de esta manera un circuito oscilante; en donde una frecuencia resonante del circuito oscilante formado es igual a una frecuencia resonante de la bobina espiral plana de doble alambre (3) del aparato de transmisión de energía (4).
6. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3-4, en donde la bobina de acoplamiento magnético (9) está formada por dos semi-bobinas circulares ubicadas a lo largo de una periferia en los extremos opuestos de la bobina espiral plana de doble alambre (3) del aparato de transmisión de energía (4); en donde las semi-bobinas circulares formadas están interconectadas eléctricamente en serie y de forma consistente.
7. Un sistema para cargar de forma inalámbrica un dispositivo de almacenamiento de energía (8), que comprende:

una fuente de energía (1);

un aparato de transmisión de energía (4); y

un aparato de recepción de energía (5) por resonancia magnética acoplado al aparato de transmisión de energía (4);

en donde el aparato de transmisión de energía (4) está conectado a la fuente de energía (1) a través de un convertidor de corriente de frecuencia ajustable (2) adaptado para convertir una corriente eléctrica de la fuente de energía (1) en una corriente CA de alta frecuencia en una bobina resonante (3) del aparato de transmisión de energía (4), generando de esta manera una corriente eléctrica de alta frecuencia en una bobina resonante (6) del aparato de recepción de energía (5);

un convertidor de corriente (7) conectado al dispositivo de almacenamiento de energía (8) y adaptado para convertir la corriente eléctrica de alta frecuencia generada en la corriente eléctrica requerida para proporcionar el funcionamiento del dispositivo de almacenamiento de energía (8);

en donde el convertidor de corriente de frecuencia ajustable (2 ) está configurado para una frecuencia de resonancia de un cuarto de longitud de onda de la bobina resonante (3) del aparato de transmisión de energía (4);

en donde la bobina resonante (3) del aparato de transmisión de energía (4) es una línea de extremos abiertos formada por un par de alambres aislados enrollados en una espiral plana de doble alambre.
8. El sistema de acuerdo con la reivindicación 7, en donde la bobina resonante (6) del aparato de recepción de energía (5) está formada por un par de alambres aislados enrollados en una espiral plana de doble alambre; una frecuencia de resonancia natural de la bobina espiral plana de doble alambre (6) del aparato de recepción de energía (5) es igual a una frecuencia de resonancia de la bobina espiral plana de doble alambre (3) del aparato de transmisión de energía (4).
9. El sistema de acuerdo con la reivindicación 8, en donde los conectores periféricos de la bobina espiral plana de dos alambres (3) del aparato de transmisión de energía (4) están en cortocircuito y se suministra la energía eléctrica del convertidor de corriente de frecuencia ajustable (2) a la bobina espiral plana de doble alambre (3) del aparato de transmisión de energía (4) mediante el uso de una bobina de acoplamiento magnético (9) que cubre la bobina espiral plana de doble alambre (3) del aparato de transmisión de energía (4) .
10. El sistema de acuerdo con la reivindicación 9, en donde la bobina de acoplamiento magnético (9) está conectada al convertidor de corriente de frecuencia ajustable (2) a través de un capacitor (10), formando de esta manera un circuito oscilante; una frecuencia resonante del circuito oscilante formado es igual a una frecuencia resonante natural de la bobina espiral plana de doble alambre (3) del aparato de transmisión de energía (4).
11. El sistema de acuerdo con la reivindicación 7, en donde la bobina resonante (6) del aparato de recepción de energía (5) está formada por un solo alambre enrollado en una espiral plana de un solo alambre, y la bobina resonante (6) del aparato de recepción de energía (5) está conectada al convertidor de corriente (7) a través de un capacitor (11 ), formando de esta manera un circuito oscilante, en donde una frecuencia resonante del circuito oscilante es igual a una frecuencia resonante de la bobina espiral plana de doble alambre (3) del aparato de transmisión de energía (4).
12. El sistema de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9-10, en donde la bobina de acoplamiento magnético (9) está formada por dos semi-bobinas circulares ubicadas a lo largo de una periferia en los extremos opuestos de la bobina espiral plana de doble alambre (3) del aparato de transmisión de energía (4), en donde las semi-bobinas formadas están interconectadas eléctricamente en serie y de forma consistente.