Устройства для передачи энергии: Как осуществляется передача электрической энергии?

Содержание

популярные способы и альтернативные варианты

Электричество не относится к накопительным ресурсам. На сегодняшний день нет эффективных технологий, позволяющих аккумулировать энергию, выработанную генераторами, поэтому передача электроэнергии потребителям относится к актуальным задачам. В стоимость ресурса входят затраты на его производство, потери при транспортировке и расходы на монтаж и обслуживание ЛЭП. При этом от схемы передачи напрямую зависит эффективность системы электроснабжения.

Высокое напряжение, как способ уменьшения потерь

Несмотря на то, что во внутренних сетях большинства потребителей, как правило, 220/380 В, электроэнергия передается к ним по высоковольтным магистралям и понижается на трансформаторных подстанциях. Для такой схемы работы есть весомые основания, дело в том, что наибольшая доля потерь приходится на нагрев проводов.

Мощность потерь описывает следующая формула: Q = I2 * Rл ,

где I – сила тока, проходящего через магистраль, RЛ – ее сопротивление.

Исходя из приведенной формулы можно заключить, что снизить затраты можно путем уменьшения сопротивления в ЛЭП или понизив силу тока. В первом случае потребуется увеличивать сечения провода, это недопустимо, поскольку приведет к существенному удорожанию электропередающих магистралей. Выбрав второй вариант, понадобится увеличить напряжение, то есть, внедрение высоковольтных ЛЭП приводит к снижению потерь мощности.

Классификация линий электропередач

В энергетике принято разделять ЛЭП на виды в зависимости от следующих показателей:

  1. Конструктивные особенности линий, осуществляющих передачу электроэнергии. В зависимости от исполнения они могут быть двух видов:
  • Воздушными. Передача электричества осуществляется с использованием проводов, которые подвешиваются на опоры. Воздушные линии электропередач
  • Кабельными. Такой способ монтажа подразумевает укладку кабельных линий непосредственно в грунт или в специально предназначенные для этой цели инженерные системы.
    Обустройство блочной кабельной канализации
  1. Вольтаж. В зависимости от величины напряжения ЛЭП принято классифицировать на следующие виды:
  • Низковольтные, к таковым относятся все ВЛ с напряжением не более 1-го кВ.
  • Средние – от 1-го до 35-ти кВ.
  • Высоковольтные – 110,0-220,0 кВ.
  • Сверхвысоковольтные – 330,0-750,0 кВ.
  • Ультравысоковольтные — более 750-ти кВ. Ультравысоковольтная ЛЭП Экибастуз-Кокчетав 1150 кВ
  1. Разделение по типу тока при передаче электричества, он может быть переменным и постоянным. Первый вариант более распространен, поскольку электростанции, как правило, оборудованы генераторами переменного тока. Но для уменьшения нагрузочных потерь энергии, особенно на большой дальности передачи, более эффективен второй вариант. Как организованы схемы передачи электричества в обоих случаях, а также преимущества каждого из них, будет рассказано ниже.
  2. Классификация в зависимости от назначения. Для этой цели приняты следующие категории:
  • Линии от 500,0 кВ для сверхдальних расстояний. Такие ВЛ связывают между собой отдельные энергетические системы.
  • ЛЭП магистрального назначения (220,0-330,0 кВ). При помощи таких линий осуществляется передача электричества, вырабатываемого на мощных ГЭС, тепловых и атомных электростанциях, а также их объединения в единую энергосистему.
  • ЛЭП 35-150 кВ относятся к распределительным. Они служат для снабжения электроэнергией крупных промышленных площадок, подключения районных распределительных пунктов и т.д.
  • ЛЭП с напряжением до 20,0 кВ, служат для подключения групп потребителей к электрической сети.

Способы передачи электроэнергии

Осуществить передачу электроэнергии можно двумя способами:

  • Методом прямой передачи.
  • Преобразуя электричество в другой вид энергии.

В первом случае электроэнергия передается по проводникам, в качестве которых выступает провод или токопроводящая среда. В воздушных и кабельных ЛЭП применяется именно этот метод передачи. Преобразование электричества в другой вид энергии открывает перспективы беспроводного снабжения потребителей. Это позволит отказаться от линий электропередач и, соответственно, от расходов, связанных с их монтажом и обслуживанием. Ниже представлены перспективные беспроводные технологии, над совершенствованием которых ведутся работы.

Технологии беспроводной передачи электричества

К сожалению, на текущий момент возможности транспортировки электричества беспроводным способом сильно ограничены, поэтому об эффективной альтернативе методу прямой передачи говорить пока рано. Исследовательские работы в этом направлении позволяют надеяться, что в ближайшее время решение будет найдено.

Схема передачи электроэнергии от электростанции до потребителя

Ниже на рисунке представлены типовые схемы, из которых первые две относятся к разомкнутому виду, остальные — к замкнутому. Разница между ними заключается в том, что разомкнутые конфигурации не являются резервированными, то есть, не имеют резервных линий, которые можно задействовать при критическом увеличении электрической нагрузки.

Пример наиболее распространенных конфигураций ЛЭП

Обозначения:

  1. Радиальная схема, на одном конце линии находится электростанция производящая энергию, на втором — потребитель или распределительное устройство.
  2. Магистральный вариант радиальной схемы, отличие от предыдущего варианта заключается в наличии отводов между начальным и конечным пунктами передачи.
  3. Магистральная схема с питанием на обоих концах ЛЭП.
  4. Кольцевой тип конфигурации.
  5. Магистраль с резервной линией (двойная магистраль).
  6. Сложнозамкнутый вариант конфигурации. Подобные схемы применяются при подключении ответственных потребителей.

Теперь рассмотрим более подробно радиальную схему для передачи вырабатываемой электроэнергии по ЛЕП переменного и постоянного тока.

Рис. 6. Схемы передачи электроэнергии к потребителям при использовании ЛЭП с переменным (А) и постоянным (В) током

Обозначения:

  1. Генератор, где вырабатывается я электроэнергия с синусоидальной характеристикой.
  2. Подстанция с повышающим трехфазным трансформатором.
  3. Подстанция с трансформатором, понижающим напряжение трехфазного переменного тока.
  4. Отвод для передачи электироэнергии распределительному устройству.
  5. Выпрямитель, то есть устройство преобразующее трехфазный переменный ток в постоянный.
  6. Инверторный блок, его задача сформировать из постоянного напряжение синусоидальное.

Как видно из схемы (А), с источника энергии электричество подается на повышающий трансформатор, затем при помощи воздушных линий электропередач производится транспортировка электроэнергии на значительные расстояния. В конечной точке линия подключается к понижающему трансформатору и от него идет к распределителю.

Метод передачи электроэнергии в виде постоянного тока ( В на рис.6) от предыдущей схемы отличается наличием двух преобразовательных блоков (5 и 6).

Закрывая тему раздела, для наглядности приведем упрощенный вариант схемы городской сети.

Наглядный пример структурной схемы электроснабжения

Обозначения:

  1. Электростанция, где электроэнергия производится.
  2. Подстанция, повышающая напряжение, чтобы обеспечить высокую эффективность передачи электроэнергии на значительные расстояния.
  3. ЛЭП с высоким напряжением (35,0-750,0 кВ).
  4. Подстанция с понижающими функциями (на выходе 6,0-10,0 кВ).
  5. Пункт распределения электроэнергии.
  6. Питающие кабельные линии.
  7. Центральная подстанция на промышленном объекте, служит для понижения напряжения до 0,40 кВ.
  8. Радиальные или магистральные кабельные линии.
  9. Вводный щит в цеховом помещении.
  10. Районная распределительная подстанция.
  11. Кабельная радиальная или магистральная линия.
  12. Подстанция, понижающая напряжение до 0,40 кВ.
  13. Вводный щит жилого дома, для подключения внутренней электрической сети.

Передача электроэнергии на дальние расстояния

Основная проблема, связанная с такой задачей – рост потерь с увеличением протяженности ЛЭП. Как уже упоминалось выше, для снижения энергозатрат на передачу электричества уменьшают силу тока путем увеличения напряжения. К сожалению, такой вариант решения порождает новые проблемы, одна из которых коронные разряды.

С точки зрения экономической целесообразности потери в ВЛ не должны превышать 10%. Ниже представлена таблица, в которой приводится максимальная протяженность линий, отвечающих условиям рентабельности.

Таблица 1. Максимальная протяженность ЛЭП с учетом рентабельности (не более 10% потерь)

Напряжение ВЛ (кВ) Протяженность (км)
0,40 1,0
10,0 25,0
35,0 100,0
110,0 300,0
220,0 700,0
500,0 2300,0
1150,0*
4500,0*

* — на текущий момент ультравысоковольтная ВЛ переведена на работу с напряжением в половину от номинального (500,0 кВ).

Постоянный ток в качестве альтернативы

В качестве альтернативы электропередачи переменного тока на большое расстояние можно рассматривать ВЛ с постоянным напряжением. Такие ЛЭП обладают следующими преимуществами:

  • Протяженность ВЛ не влияет на мощность, при этом ее максимальное значение существенно выше, чем у ЛЭП с переменным напряжением. То есть при увеличении потребления электроэнергии (до определенного предела) можно обойтись без модернизации.
  • Статическую устойчивость можно не принимать во внимание.
  • Нет необходимости синхронизировать по частоте связанные энергосистемы.
  • Можно организовать передачу электроэнергии по двухпроводной или однопроводной линии, что существенно упрощает конструкцию.
  • Меньшее влияние электромагнитных волн на средства связи.
  • Практически отсутствует генерация реактивной мощности.

Несмотря на перечисленные способности ЛЭП постоянного тока, такие линии не получили широкого распространения. В первую очередь это связано с высокой стоимостью оборудования, необходимого для преобразования синусоидального напряжения в постоянное. Генераторы постоянного тока практически не применяются, за исключением электростанций на солнечных батареях.

С инверсией (процесс  полностью противоположный выпрямлению) также не все просто, необходимо допиться качественных синусоидальных характеристик, что существенно увеличивает стоимость оборудования. Помимо этого следует учитывать проблемы с организацией отбора мощности и низкую рентабельность при протяженности ВЛ менее 1000-1500 км.

Кратко о свехпроводимости.

Сопротивление проводов можно существенно снизить, охладив их до сверхнизких температур. Это позволило бы вывести эффективность передачи электроэнергии на качественно новый уровень и увеличить протяженность линий для использования электроэнергии на большом удалении от места ее производства. К сожалению, доступные на сегодняшний день технологии не могут позволить использования сверхпроводимости для этих целей ввиду экономической нецелесообразности.

Список использованной литературы

  • Герасименко А.А. Федин И.Т. «Передача и распределение электрической энергии» 2008
  • Веникова В.А. «Электрические системы. Режимы работы электрических систем и сетей» 1998
  • Дубинский, Г. Н. «Наладка устройств электроснабжения напряжением выше 1000В»  2014
  • А. Куско, М. Томпсон «Сети электроснабжения. Методы и средства обеспечения качества энергии» 2012

Передача электроэнергии

Передача электрической энергии – один из основных видов деятельности ПАО «Россети Ленэнерго».

Услуги по передаче электрической энергии – комплекс организационно и технологически связанных действий, в том числе по оперативно-технологическому управлению, которые обеспечивают передачу электрической энергии через технические устройства электрических сетей в соответствии с обязательными требованиями.

Правовые основы экономических отношений в сфере электроэнергетики установлены Федеральным законом от 26. 03.2003 № 35-ФЗ «Об электроэнергетике». Он определяет полномочия органов государственной власти на регулирование этих отношений, основные права и обязанности субъектов электроэнергетики при осуществлении деятельности в сфере электроэнергетики (в том числе производства в режиме комбинированной выработки электрической и тепловой энергии) и потребителей электрической энергии.

Общие принципы и порядок обеспечения недискриминационного доступа к услугам по передаче электроэнергии, а также принципы и порядок оказания этих услуг определены в Правилах недискриминационного доступа к услугам по передаче электрической энергии и оказания этих услуг, утвержденных Постановлением Правительства Российской Федерации от 27.12.2004 № 861.

Недискриминационный доступ к услугам по передаче электрической энергии предусматривает обеспечение равных условий предоставления указанных услуг их потребителям независимо от организационно-правовой формы и правовых отношений с лицом, оказывающим эти услуги.

Потребителями услуг по передаче электрической энергии являются лица, владеющие на праве собственности или на ином законном основании энергопринимающими устройствами и (или) объектами электроэнергетики, технологически присоединенные в установленном порядке к электрической сети (в том числе опосредованно) субъекты оптового рынка электрической энергии, осуществляющие экспорт (импорт) электрической энергии, а также энергосбытовые организации и гарантирующие поставщики в интересах обслуживаемых ими потребителей электрической энергии

Услуги по передаче электрической энергии предоставляются сетевой организацией на основании договора о возмездном оказании услуг по передаче электрической энергии.

Договор оказания услуг по передаче электроэнергии с энергосбытовой организацией

Договор оказания услуг по передаче электроэнергии с потребителем

Договор оказания услуг по передаче электроэнергии и мощности со смежной сетевой организацией

Основные принципы и методы регулирования цен (тарифов) в электроэнергетике, а также основания и порядок установления (пересмотра, применения) цен (тарифов) в электроэнергетике утверждены Постановлением Правительства Российской Федерации от 29. 12.2011 № 1178 «О ценообразовании в области регулируемых цен (тарифов) в электроэнергетике».

Правовые основы функционирования розничных рынков электрической энергии установлены Основными положениями функционирования розничных рынков, утвержденных Постановлением Правительства Российской Федерации от 04.05.2012 № 442. Этим же документом установлены Правила организации учета электрической энергии на розничных рынках (раздел X). 

Основы регулирования отношений, связанных с введением полного или частичного ограничения режима потребления электрической энергии потребителям электрической энергии (мощности) — участникам оптового и розничных рынков электрической энергии, установлены Правилами полного и (или) частичного ограничения режима потребления электрической энергии, утвержденными Постановлением Правительства Российской Федерации от 04.05.2012 № 442.

В соответствии с «Основными положениями функционирования розничных рынков электрической энергии», утвержденными Постановлением Правительства РФ от 4 мая 2012г. №442, субъектами розничных рынков, обеспечивающими поставки электрической энергии потребителям электрической энергии, являются:

— исполнители коммунальной услуги;

— гарантирующие поставщики;

— энергосбытовые, энергоснабжающие организации;

— производители электрической энергии (мощности) на розничных рынках;

— сетевые организации;

— субъекты оперативно-диспетчерского управления в электроэнергетике, осуществляющие оперативно-диспетчерское управление на розничных рынках (системный оператор).

Данные субъекты электроэнергетики, в пределах своей ответственности, отвечают перед потребителями электрической энергии, приобретающими электрическую энергию (мощность) для собственных бытовых и (или) производственных нужд.

Потребители (юридические лица) заключают договоры электроснабжения с энергосбытовыми организациями (физические лица с исполнителем коммунальной услуги), в которых эти организации берут на себя ответственность за надежность обеспечения их электроэнергией и ее качество в соответствии с требованиями соответствующих технических регламентов и иными обязательными требованиями.

Таким образом, какие услуги по договору Вам оказывает одна из вышеперечисленных организаций — к такому субъекту энергетики необходимо обращаться по всем вопросам электроснабжения.

Для выполнения этих функций энергосбытовые организации заключают договоры оказания услуг по передаче электроэнергии с сетевыми организациями.

В частности, ПАО «Россети Ленэнерго» (как сетевая организация) оказывает услуги по передаче электрической энергии и осуществляет право заключения договоров оказания услуг по передаче электрической энергии с использованием объектов электросетевого хозяйства, принадлежащих другим собственникам и несет ответственность перед потребителями услуг по передаче электрической энергии согласно заключенному договору на оказание этих услуг.

Компания ПАО «Россети Ленэнерго» постоянно проводит работу по улучшению качества оказания услуг по передаче электроэнергии, в части повышения надежности электроснабжения и улучшения электромагнитной совместимости электрических сетей электроснабжения общего назначения ПАО «Россети Ленэнерго» с электрическими сетями потребителей электрической энергии. Это подтверждается соответствующими сертификатами на соответствие стандарту показателей и норм качества электрической энергии (КЭ) в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения переменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц в точках, к которым присоединяются электрические сети, находящиеся в собственности различных потребителей электрической энергии, или приемники электрической энергии (точки общего присоединения). ПАО «Россети Ленэнерго» работает в соответствии с «Методическими указаниями по расчету уровня надежности и качества поставляемых товаров и оказываемых услуг для организации по управлению единой национальной (общероссийской) электрической сетью и территориальных сетевых организаций», утвержденными Приказом Минэнерго России от 29.11.2016 № 1256.

Для улучшения проводимой ПАО «Россети Ленэнерго» работы, в соответствии с действующим законодательством, а также в целях повышения качества оказываемых услуг по передаче электроэнергии, просим вас обращаться в адрес организации, с которой у вас заключен договор электроснабжения, т. е. в энергосбытовую организацию (гарантирующему поставщику).

При обращениях в адрес нашей компании энергосбытовых организаций, с которыми у ПАО «Россети Ленэнерго» заключен договор оказания услуг по передаче электроэнергии, необходимо предоставлять следующие сведения, которые должны иметь также и потребители:

1. Копии документов о технологическом присоединении, составляемые в процессе технологического присоединения энергопринимающих устройств к объектам электросетевого хозяйства, акт об осуществлении технологического присоединения, акт разграничения балансовой принадлежности электросетей, акт разграничения эксплуатационной ответственности сторон и, при необходимости, акт согласования технологической и аварийной брони электроснабжения потребителя электрической энергии (мощности).

2. Данные по компенсации реактивной мощности, релейной защите, управлению, автоматизации и диспетчеризации системы электроснабжения.

3. Описание дополнительных и резервных источников электроэнергии.

4. Фактическую нагрузку.

Отсутствие вышеуказанной информации значительно затрудняет работу ПАО «Россети Ленэнерго» по дальнейшему повышению качества оказываемых услуг по передаче электроэнергии, а также не позволяет проводить работы по уменьшению допустимого числа часов отключения в год, не связанного с неисполнением потребителем обязательств по соответствующим договорам и их расторжением, а также с обстоятельствами непреодолимой силы и иными основаниями, исключающими ответственность гарантирующих поставщиков, энергоснабжающих, энергосбытовых и сетевых организаций и иных субъектов электроэнергетики перед потребителем в соответствии с законодательством Российской Федерации и условиями договоров.

Обращаем ваше внимание, что согласно «Правилам полного и (или) частичного ограничения режима потребления электрической энергии», утвержденным постановлением Правительства Российской Федерации от 4 мая 2012г. №442, невыполнение потребителем электроэнергии условий договора, касающихся обеспечения функционирования устройств релейной защиты, противоаварийной и режимной автоматики, устройств компенсации реактивной мощности или подключение потребителем, к принадлежащим ему энергопринимающим устройствам, электропотребляющего оборудования, повлекшего нарушение характеристик технологического присоединения, указанных в документах о технологическом присоединении, являются обстоятельствами, при наступлении которых вводится режим ограничения потребления электрической энергии.

Устройство передачи энергии, способ управления устройством передачи энергии и система передачи энергии

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к методике беспроводной передачи энергии.

Уровень техники

[0002] в последние годы, системы беспроводной передачи энергии претерпели значительное техническое развитие. В этой связи, при наличии постороннего вещества, например, куска металла в зоне, где устройство передачи энергии может передавать энергию, в постороннем веществе будет течь вихревой ток, и будет происходить нежелательный нагрев. По этой причине, в системе беспроводной передачи энергии, необходимо осуществлять надлежащую передачи энергии на устройство приема энергии с учетом влияния на посторонние вещества. Например, выложенная японская патентная заявка № 2013-17379 (патентный источник 1) предлагает методику снабжения устройства приема энергии цепью для измерения добротности антенны приема энергии и осуществления обнаружения постороннего вещества с использованием результата измерения добротности.

[0003] Однако проблема методики, раскрытой в вышеупомянутом патентном документе 1, состоит в том, что цепь для измерения добротности антенны приема энергии необходимо вновь обеспечивать, что приводит к увеличению стоимости.

Сущность изобретения

[0004] Согласно аспекту настоящего изобретения, устройство передачи энергии, которое передает беспроводным образом энергию на устройство приема энергии, причем устройство передачи энергии содержит: средство передачи энергии для осуществления беспроводной передачи энергии на устройство приема энергии, размещенное в заранее определенной зоне передачи энергии; средство хранения для хранения начального значения импеданса, которое является значением выходного импеданса средства передачи энергии в состоянии, когда в заранее определенной зоне передачи энергии нет ни одного объекта; средство обнаружения для обнаружения выходного импеданса средства передачи энергии, когда заранее определенный сигнал обнаружения передан средством передачи энергии; и средство определения для определения, что постороннее вещество присутствует в заранее определенной зоне передачи энергии, в случае, когда начальное значение импеданса и значение выходного импеданса, обнаруженное средством обнаружения, не совпадают и не происходит изменения значения выходного импеданса между моментами до и после передачи заранее определенного сигнала обнаружения, и определения, что устройство приема энергии присутствует в заранее определенной зоне передачи энергии, в случае, когда начальное значение импеданса и значение выходного импеданса, обнаруженное средством обнаружения, не совпадают и происходит изменение значения выходного импеданса между моментами до и после передачи заранее определенного сигнала обнаружения.

[0005] Согласно аспекту настоящего изобретения, можно обеспечить методику, которая позволяет обнаруживать постороннее вещество с использованием простой конфигурации и позволяет надлежащим образом управлять передачей энергии в системе передачи энергии.

[0006] Дополнительные признаки настоящего изобретения явствуют из нижеследующего описания иллюстративных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

[0007] Прилагаемые чертежи, включенные в описание изобретения и составляющие его часть, иллюстрируют варианты осуществления изобретения и, совместно с описанием, служат для объяснения принципов изобретения.

[0008] Фиг. 1 — схема общей конфигурации системы передачи энергии согласно первому варианту осуществления.

[0009] Фиг. 2A — 2D — схемы, демонстрирующие примеры состояний на периферии зоны передачи энергии в системе передачи энергии.

[0010] Фиг. 3 — схема для описания работы блока 103 обнаружения.

[0011] Фиг. 4 — схема, демонстрирующая иллюстративную конфигурацию усилителя в режиме класса «E».

[0012] Фиг. 5 — временная диаграмма для описания операций блока 113 передачи энергии и блока 103 обнаружения.

[0013] Фиг. 6A и 6B — временные диаграммы для описания операций устройства передачи энергии.

[0014] Фиг. 7 — схема, демонстрирующая пример флагов, хранящихся в блоке 105 хранения состояния системы.

[0015] Фиг. 8 — схема, демонстрирующая пример информации, хранящейся в блоке 106 хранения ID в устройстве передачи энергии.

[0016] Фиг. 9 — схема, демонстрирующая пример информации, хранящейся в блоке 121 хранения ID в устройстве приема энергии.

[0017] Фиг. 10A и 10B — блок-схемы операций блока 103 обнаружения.

[0018] Фиг. 11A и 11B — блок-схемы операций для управления BT в устройстве 100 передачи энергии.

[0019] Фиг. 12A и 12B — блок-схемы операций для управления передачей энергии в устройстве 100 передачи энергии.

[0020] Фиг. 13A и 13B — блок-схемы операций для управления BT в устройстве 101 приема энергии.

[0021] Фиг. 14A и 14B — блок-схемы операций для управления приемом энергии в устройстве 101 приема энергии.

[0022] Фиг. 15 — схема, демонстрирующая пример информации, хранящейся в блоке 110 хранения импеданса.

Описание вариантов осуществления

[0023] предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения будет подробно описан ниже со ссылкой на чертежи. Заметим, что нижеприведенные варианты осуществления являются лишь примерами и не призваны ограничивать объем настоящего изобретения.

[0024] Первый вариант осуществления

Первый вариант осуществления системы передачи энергии согласно настоящему изобретению будет описано ниже с использованием, в качестве примера, системы беспроводной передачи энергии, включающей в себя устройство 100 передачи энергии, которое осуществляет беспроводную передачу энергии, и устройство 101 приема энергии.

[0025] Конфигурация устройств

На фиг. 1 показана схема общей конфигурации системы передачи энергии согласно первому варианту осуществления. Устройство 100 передачи энергии и устройство 101 приема энергии осуществляют передачу энергии через среду 102. Заметим, что устройство передачи энергии и устройство приема энергии обмениваются информацией управления, которая подлежит использованию для управления беспроводной передачей энергии через блоки связи, включенные в оба устройства, и это будет подробно описано ниже. По этой причине, также будет описано управление установлением и ликвидацией канала связи между устройством передачи энергии и устройством приема энергии.

[0026] Сначала будет описана конфигурация устройства 100 передачи энергии. Блок 103 обнаружения является функциональным блоком, который осуществляет обнаружение значения выходного импеданса (именуемое ниже “Z-обнаружением”) источника напряжения постоянного тока 401 в усилителе в режиме класса «E», который образует блок 113 передачи энергии, и будет подробно описан ниже. Блок 104 управления является функциональным блоком, который управляет устройством 100 передачи энергии согласно результату обнаружения блока 103 обнаружения. Блок 105 хранения состояния системы является функциональным блоком, где хранятся состояния системы передачи энергии, и который будет подробно описан ниже со ссылкой на фиг. 7. Блок 106 хранения ID является функциональным блоком, где хранится идентификационная информация устройства 101 приема энергии, и который будет подробно описан ниже со ссылкой на фиг. 8.

[0027] Первый таймер 107, второй таймер 108 и третий таймер 109 являются таймерами, которые используются, при необходимости, согласно рабочему состоянию системы, и будут подробно описаны ниже. Блок 110 хранения импеданса является функциональным блоком, где хранятся результаты обнаружения значения импеданса, осуществляемого блоком 103 обнаружения, и который будет подробно описан ниже со ссылкой на фиг. 15. Переключатель 111 компенсации ошибки является функциональным блоком, который принимает пользовательскую операцию, например, для компенсации состояния системной ошибки. Блок 112 отображения является функциональным блоком, который отображает информацию, касающуюся системы беспроводной передачи энергии, и отображает, например, информацию ошибки.

[0028] Блок 113 передачи энергии выдает энергию, подлежащую передаче через среду 102, на антенну 115 передачи энергии. Здесь блок 113 передачи энергии описан как образованный усилителем в режиме класса «E». Блок 114 управления резонансом является функциональным блоком, который управляет резонансной частотой и характеристическим импедансом каналом передачи, который образован антенной 115 передачи энергии, антенной 125 приема энергии и средой 102.

[0029] Блок 116 связи (средство связи устройства передачи энергии) является функциональным блоком, который обменивается сигналами управления, касающимися энергии, которая подлежит передаче между антенной 115 передачи энергии и антенной 125 приема энергии. Заметим, что обмен сигналами управления осуществляется через антенны для связи (не показаны). В первом варианте осуществления, блок 116 связи совместимо со стандартом Bluetooth (зарегистрированный торговый знак) (именуемым ниже “BT”), но может быть совместим с другим стандартом связи. Здесь блок 116 связи также функционирует как главное устройство стандарта BT. Кроме того, устройство 100 передачи энергии выполнен с возможностью использования SDP (протокола предоставления услуг) для объявления услуг, которые оно предоставляет периферийным устройствам, и это будет подробно описано ниже. Здесь, устройство 100 передачи энергии объявляет, что оно предоставляет услугу под названием “беспроводная зарядка”.

[0030] Далее будет описана конфигурация устройства 101 приема энергии. Блок 117 приема энергии является функциональным блоком, который принимает энергию, передаваемую от внешнего устройства (в данном случае, устройства 100 передачи энергии). Нагрузка 118 потребляет энергию, принятую блоком 117 приема энергии, и образована в данном случае зарядной цепью и батареей. Блок 119 связи (средство связи устройства приема энергии) является функциональным блоком, который обменивается сигналами управления, касающимися энергии, которая подлежит передаче между антенной 115 передачи энергии и антенной 125 приема энергии. Он совместим со стандартом BT, аналогично блоку 116 связи. Здесь блок 119 связи описан как играющий роль подчиненного устройства стандарта BT.

[0031] Блок 120 сравнения является функциональным блоком, который сравнивает информацию, принятую антенной 125 приема энергии, и информацию, принятую блоком 119 связи. В блоке 121 хранения ID хранятся информация, принятая антенной 125 приема энергии, и идентификационная информация для устройства 100 передачи энергии, которая принимается с использованием блока 119 связи. Четвертый таймер 122 и пятый таймер 123 являются таймерами, которые используются, при необходимости, согласно рабочему состоянию системы, и будут подробно описаны ниже.

[0032] Блок 124 отображения является функциональным блоком, который отображает информацию, касающуюся системы беспроводной передачи энергии, и отображает, например, информацию ошибки. Антенна 125 приема энергии является функциональным блоком, электромагнитно связанным с антенной 115 передачи энергии и принимающим энергию. Блок 126 переключения является функциональным блоком, который соединяет антенну 125 приема энергии с резонансным блоком 128 или высоким сопротивлением 127.

[0033] Высокое сопротивление 127 является постоянным сопротивлением, например, порядка нескольких мегаом. Она имеет конфигурацию, в которой импеданс антенны 125 приема энергии, воспринимаемый антенной 115 передачи энергии, становится высоким импедансом (именуемым ниже “Hi-Z”), когда антенна 125 приема энергии и высокое сопротивление 127 соединены. Заметим, что в антенне 125 приема энергии не течет приблизительно никакого тока, когда импеданс установлен на Hi-Z.

[0034] Резонансный блок 128 является функциональным блоком, заставляющим канал передачи энергии резонировать при конкретном импедансе. В данном случае, канал передачи энергии образован блоком 114 управления резонансом, антенной 115 передачи энергии, средой 102, играющей роль канала передачи, и антенной 125 приема энергии. Заметим, что характеристический импеданс 129 является характеристическим импедансом в случае, когда резонансная цепь воспринимается блоком 130 переключения нагрузки, и в данном случае значение равно Zo.

[0035] Блок 130 переключения нагрузки является функциональным блоком, который осуществляет переключение между сопротивлением 132 согласования, значение сопротивления которого приблизительно равно Zo, блоком 133 управления нагрузкой и промежуточным сопротивлением 131. Промежуточное сопротивление 131 имеет значение сопротивления, которое ниже высокого сопротивления 127 и выше сопротивления 132 согласования. Промежуточное сопротивление 131 служит для установления импеданса антенны 125 приема энергии, воспринимаемого антенной 115 передачи энергии на промежуточный импеданс (именуемый ниже “Md-Z”) путем соединения с блоком 130 переключения нагрузки. Когда импеданс антенны 125 приема энергии, воспринимаемый антенной 115 передачи энергии, установлен на Md-Z, микроток течет в антенне 125 приема энергии и промежуточном сопротивлении 131.

[0036] Блок 133 управления нагрузкой является цепью преобразования импеданса, которая осуществляет операцию согласования импеданса нагрузки, который изменяется согласно энергопотреблению нагрузки 118 с характеристическим импедансом 119 (Zo), и образована преобразователем постоянного тока и т. п. Заметим, что импеданс нагрузки означает импеданс, когда нагрузка 118 воспринимается блоком 133 управления нагрузкой.

[0037] Заметим, что операция преобразование импеданса выражается как “управление импедансом нагрузки” в нижеприведенном описании. Блок 133 управления нагрузкой и сопротивление 132 согласования имеют одну и ту же функцию в том смысле, что они оба используются для осуществления согласования импеданса с резонансным блоком 128. Однако, после обнаружения изменения импеданса нагрузки 118, блок 133 управления нагрузкой осуществляет преобразование импеданса, и, таким образом, для стабилизации работы требуется определенная продолжительность времени. С другой стороны, поскольку сопротивление 132 согласования является постоянным сопротивлением, для стабилизации работы не требуется времени.

[0038] Импеданс в состояниях периферии зоны передачи энергии

На фиг. 2A — 2D показаны схемы, демонстрирующие примеры состояний на периферии зоны передачи энергии в системе передачи энергии. Заметим, что зона 200 связи указывает зону, в которой возможна связь посредством блока 116 связи в устройстве 100 передачи энергии. Зона 201 передачи энергии указывает зону, в которой возможна передача энергии посредством антенны 115 передачи энергии. Как показано на фиг. 2A, зона 200 связи больше зоны 201 передачи энергии, и зона 200 связи целиком содержат зону 201 передачи энергии.

[0039] На фиг. 2A показано состояние, в котором в зоне 201 передачи энергии ничего нет. Иными словами, в зоне 201 передачи энергии отсутствуют устройство 101 приема энергии и постороннее вещество 202. На Фиг. 2B показано состояние, в котором в зоне 201 передачи энергии присутствует только постороннее вещество 202. Фиг. 2C показано состояние, в котором в зоне 201 передачи энергии присутствует только устройство 101 приема энергии. Заметим, что на фиг. 2C, устройство 100 передачи энергии не передает энергию на устройство 101 приема энергии. Фиг. 2D идентичен фиг. 2C в том отношении, что в зоне 201 передачи энергии присутствует устройство 101 приема энергии, но устройство 100 передачи энергии передает энергию на устройство 101 приема энергии. Заметим, что стрелка 202 принципиально иллюстрирует, что энергия передается.

[0040] Если объект, присутствующий в зоне 201 передачи энергии, является посторонним веществом 202 (фиг. 2B), устройство 100 передачи энергии должно осуществлять управление таким образом, чтобы не осуществлять передачу энергии. С другой стороны, если объект, присутствующий в зоне 201 передачи энергии, является устройством 101 приема энергии (фиг. 2C), устройство 100 передачи энергии должно осуществлять управление таким образом, чтобы осуществлять передачу энергии.

[0041] На фиг. 3 показана схема для описания работы блока 103 обнаружения. Фиг. 3 включает в себя антенну 115 передачи энергии, антенну 125 приема энергии и постороннее вещество 202. Напряжение V1 указывает напряжение на обоих выводах антенны 115 передачи энергии. Ток I1 указывает ток, текущий в антенне 125 приема энергии, и ток I2 указывает ток, текущий в постороннем веществе 202. Z является значением импеданса антенны 125 приема энергии.

[0042] Значение напряжения V1 изменяется в соответствии с током I1 и током I2. Соответственно, напряжение V1 в состоянии, в котором постороннее вещество 202 и устройство 101 приема энергии отсутствуют в зоне 201 передачи энергии, как показано на фиг. 2A (обозначенное здесь “V_init”) указывает значение, которое отличается от напряжения V1 в состоянии, в котором постороннее вещество 202 присутствует в зоне 201 передачи энергии, как показано на фиг. 2B. Другими словами, если напряжение V_init в состоянии, в котором постороннее вещество 202 и устройство 101 приема энергии отсутствуют в зоне 201 передачи энергии, заранее сохранено, устройство 100 передачи энергии может обнаруживать постороннее вещество 202 путем регистрации напряжения V1 в состоянии на фиг. 2B и его сравнения с V_init. Также, при наличии устройства 101 приема энергии в зоне 201 передачи энергии, как показано на фиг. 2C, напряжение V1 аналогично указывает значение, которое отличается от V_init. Другими словами, устройство 100 передачи энергии может обнаруживать, что постороннее вещество 202 или устройство 101 приема энергии присутствует в зоне 201 передачи энергии, сравнивая напряжение V1 с V_init.

[0043] В этой связи, силу тока I1, который течет в антенне 125 приема энергии можно регулировать изменяя импеданс Z. Если импеданс Z установлен на Hi-Z (например, бесконечность), ток I1 будет равен нулю при наличии устройства 101 приема энергии в зоне 201 передачи энергии, как показано на фиг. 2C, напряжение V1 указывает значение, которое отличается от V_init, как описано выше. Если устройство 101 приема энергии осуществляет управление таким образом, что в этом состоянии импеданс Z устанавливается на Hi-Z, или, другими словами, таким образом, что ток I1 устанавливается на нуль, напряжение V1 будет равно V_init.

[0044] В состоянии, показанном на фиг. 2C, устройство 100 передачи энергии может обнаруживать, что постороннее вещество 202 или устройство 101 приема энергии присутствует в зоне 201 передачи энергии, на основании изменения напряжения V1. Однако устройство 100 передачи энергии не может определить обусловлено ли изменение посторонним веществом 202 или устройством 101 приема энергии.

[0045] В этой связи, если устройство 101 приема энергии регулирует импеданс Z таким образом, что он равен Hi-Z в состоянии, показанном на фиг. 2C, ток I1 будет равен нулю, и напряжение V1 будет равно V_init. Другими словами, устройство 100 передачи энергии может определять, что устройство 101 приема энергии присутствует в зоне 201 передачи энергии. С другой стороны, если устройство 101 приема энергии регулирует импеданс Z таким образом, что он равен Hi-Z, и напряжение V1 не равно V_init, устройство 100 передачи энергии может обнаруживать, что постороннее вещество 202 присутствует в зоне 201 передачи энергии.

[0046] Также, если устройство 101 приема энергии регулирует импеданс Z таким образом, что он равен Md-Z в состоянии, показанном на фиг. 2C, микроток будет течь в антенне 125 приема энергии и импедансе Z. По этой причине, устройство 101 приема энергии может обнаруживать устройство 100 передачи энергии, путем регистрации микротока. Заметим, что изменение напряжения V1 также можно выразить как изменение входного импеданса антенны 115 передачи энергии, полученного делением напряжения V1 на ток, текущий в антенне 115 передачи энергии.

[0047] На фиг. 4 показана схема, демонстрирующая пример конфигурации усилителя в режиме класса «E», который образует блок 113 передачи энергии. Усилитель в режиме класса «E» образован MOSFET 405 с каналом N-типа, двумя дросселями и двумя конденсаторами. Ссылочная позиция 403 указывает вывод затвора, ссылочная позиция 402 указывает вывод стока, и ссылочная позиция 404 указывает вывод истока. Ссылочная позиция 401 указывает источник напряжения постоянного тока, который поступает на MOSFET 405 с каналом N-типа. Блок 113 передачи энергии подключен к антенне 115 передачи энергии через блок 114 управления резонансом. По этой причине входной импеданс антенны 115 передачи энергии выражается как изменение выходного импеданса усилителя в режиме класса «E». Также изменение выходного импеданса усилителя в режиме класса «E» выражается как изменение выходного импеданса источника напряжения постоянного тока 401.

[0048] Другими словами, если значение выходного импеданса источника напряжения постоянного тока в состоянии, показанном на фиг. 2A, заранее сохранено, устройство 100 передачи энергии может обнаруживать постороннее вещество 202 или устройство 101 приема энергии. Значение выходного импеданса источника напряжения постоянного тока в состоянии, показанном на фиг. 2A (начальное значение импеданса), будет обозначаться ниже как “Z_init”.

[0049] Далее будут описаны три значения импеданса (Hi-Z, Md-Z и Zo), которые задаются как импеданс устройства 101 приема энергии.

[0050] Hi-Z это значение импеданса, которое используется для защиты устройства и обнаружения устройства. Когда непредвиденно большой ток течет в блоке 117 приема энергии, включающей в себя антенну 125 приема энергии, существует опасность повреждения цепи, и это очень опасно с точки зрения защиты цепи. В этой связи, ток I1, который течет в блоке 117 приема энергии, в принципе, можно задать равным нулю устанавливая импеданс устройства 101 приема энергии на Hi-Z, и опасность можно снизить. Соответственно, с целью защиты цепи устройство 101 приема энергии устанавливается на Hi-Z как можно чаще. Также, хотя устройство 100 передачи энергии может обнаруживать, что, по меньшей мере, одно из постороннего вещества 202 и устройства 101 приема энергии присутствует в зоне 201 передачи энергии, путем регистрации изменения напряжения V1, как описано выше, устройство 100 передачи энергии не может идентифицировать одно из них. Если при этом импеданс устройства 101 приема энергии установлен на Hi-Z, устройство 100 передачи энергии может осуществлять эту идентификацию.

[0051] Md-Z является значением импеданса, которое используется для обнаружения устройства. Как описано выше, устройство 101 приема энергии может обнаруживать устройство 100 передачи энергии, устанавливая импеданс на Md-Z. Также, поскольку напряжение V1 антенны 115 передачи энергии изменяется вследствие микротока, который течет в антенне 125 приема энергии, устройство 100 передачи энергии также может обнаруживать устройство 101 приема энергии, если импеданс устройства 101 приема энергии установлен на Md-Z.

[0052] Zo является значением импеданса, которое используется, когда нужно рассчитать эффективность передачи. Если выходной импеданс антенны передачи энергии (выходной импеданс Z на фиг. 3) и импеданс нагрузки не согласованы, эффективность передачи между антенной 115 передачи энергии и антенной 125 приема энергии будет снижаться вследствие отражения. По этой причине лучше не осуществлять передачу энергии в случае, когда, до начала передачи энергии на устройство 101 приема энергии, устройство 100 передачи энергии вычисляет эффективность передачи между антеннами передачи и приема энергии, и эффективность чрезмерно низка. В случае использования Hi-Z или Md-Z при вычислении эффективности передачи, эффективность передачи между антеннами передачи и приема энергии нельзя точно рассчитать, поскольку невозможно добиться согласования импеданса между антенной приема энергии и нагрузка, и существует большое отражение. Соответственно, когда нужно рассчитать эффективность передачи, импеданс устройства 101 приема энергии устанавливается на Zo, что позволяет добиться согласования с выходным импедансом Zo антенны приема энергии. Очевидно, для повышения эффективности передачи, импеданс устройства 101 приема энергии также устанавливается на Zo, когда нужно принимать энергию от устройства 100 передачи энергии.

[0053] Работа блока обнаружения устройства передачи энергии

На фиг. 5 показана временная диаграмма для описания операций блока 113 передачи энергии и блока 103 обнаружения. Горизонтальная ось указывает время. От момента времени T1 до момента времени T2, сигнал 502 обнаружения, позволяющий блоку 103 обнаружения осуществлять обнаружение Z, передается блоком 113 передачи энергии через антенну 115 передачи энергии. Также, от момента времени T2 до момента времени T3, адрес BT, который представляет собой адрес, уникально назначаемый блоку 116 связи, передается с использованием сигнала 503 адреса BT через антенну 115 передачи энергии.

[0054] Блок 103 обнаружения обнаруживает импеданс источника напряжения постоянного тока 401 от момента времени T1 до момента времени T3. Квадрат 504 указывает, что блок 103 обнаружения осуществляет обнаружение Z. Также, высота квадрата 504 принципиально иллюстрирует величину импеданса, обнаруженного в ходе обнаружения Z. Например, в случае фиг. 2A, высота квадрата 504 соответствует Z_init. Ссылочная позиция 506, которая включает в себя сигнал 502 обнаружения и сигнал 503 адреса BT, именуется “импульсом” в нижеприведенном описании.

[0055] Информация, хранящаяся в различных блоках хранения

На фиг. 7 показана схема, демонстрирующая пример флагов, хранящихся в блоке 105 хранения состояния системы.

[0056] Флаг 700 передачи энергии это флаг, который устанавливается на “1”, когда устройство 100 передачи энергии начинает передавать энергию, и устанавливается на “0”, когда передача энергии останавливается. Флаг 701 приостановки это флаг, который устанавливается на “1”, когда передача энергии останавливается, в то время как блок 104 управления осуществляет идентификацию, и устанавливается на “0” в другие моменты времени. Флаг 703 запрета это флаг, который устанавливается на “1”, когда передача энергии запрещена, и устанавливается на “0” в другие моменты времени. Флаг 704 устройства это флаг, который устанавливается на “1” в случае установления BT-соединения между блоком 116 связи устройства 100 передачи энергии и блоком 119 связи устройства 101 приема энергии, и устанавливается на “0” в противном случае.

[0057] На фиг. 8 показана схема, демонстрирующая пример информации, хранящейся в блоке 106 хранения ID в устройстве передачи энергии. После того, как блок 104 управления определяет, что изменение импеданса обусловлено устройством 101 приема энергии, адрес BT устройства 101 приема энергии сохраняется в области 800 хранения. Также, если блок 104 управления разрывает BT-соединение с устройством 101 приема энергии, адрес BT соответствующего устройства 101 приема энергии удаляется из области 800 хранения.

[0058] На фиг. 9 показана схема, демонстрирующая пример информации, хранящейся в блоке 121 хранения ID в устройстве приема энергии. Когда импульс 506, который передается блоком 113 передачи энергии через антенну 115 передачи энергии, принимается антенной 125 приема энергии, и обнаруживается адрес BT включенный в импульс 506, обнаруженный адрес BT сохраняется в области 900 хранения. Также, когда устройство 100 передачи энергии останавливает передачу энергии, или, другими словами, в случае, когда флаг приостановки или флаг запрета равен “1”, устройство 101 приема энергии удаляет адрес BT, хранящийся в области 900 хранения.

[0059] С другой стороны, адрес BT, хранящийся в области 901 хранения, представляет собой адрес BT для устройства 100 передачи энергии, который принимается блоком 119 связи устройства 101 приема энергии через блок 116 связи устройства 100 передачи энергии. Устройство 100 передачи энергии передает описанное ниже сообщение запроса, и когда устройство 101 приема энергии принимает сообщение запроса, устройство 101 приема энергии обнаруживает адрес BT устройства передачи энергии, которое является источником передачи, на основании информации в заголовке сообщения запроса. Затем обнаруженный адрес BT сохраняется в области 901 хранения. Также в случае разрыва BT-соединения между устройством 100 передачи энергии и устройством 101 приема энергии, устройство 101 приема энергии удаляет адрес BT, хранящийся в области 901 хранения.

[0060] На фиг. 15 показана схема, демонстрирующая пример информации, хранящейся в блоке 110 хранения импеданса. Значение импеданса, полученное в результате обнаружения Z, осуществляемого блоком 103 обнаружения сохраняется (перезаписанное) в Z_now в столбце 1501. Заметим, что блок 103 обнаружения копирует содержание Z_now в Z_before в столбце 1500 до перезаписи содержания. Благодаря этому, значение импеданса в предыдущем обнаружении Z сохраняется в Z_before, и можно сравнивать Z_before с Z_now, полученным в самом недавнем обнаружении Z.

[0061] Пример 1 работы системы передачи энергии (работа при наличии постороннего вещества)

На фиг. 6A и 6B показаны временные диаграммы для описания операций устройства передачи энергии. В частности, на фиг. 6A показана временная диаграмма для устройства 100 передачи энергии в случае, когда постороннее вещество 202 поступает в зону 201 передачи энергии в момент времени Ta4, и горизонтальная ось указывает время. Также, на фиг. 10A и 10B показана блок-схема операций для блока 103 обнаружения.

[0062] Сначала опишем операции устройства 100 передачи энергии в состоянии, показанном на фиг. 2A, или, другими словами, в начальном состоянии, в котором ничего нет. В состоянии, показанном на фиг. 2A, блок 105 хранения состояния системы находится в состоянии, когда флаги, показанные в строке 705, сохранены. Согласно строке 705, устройство 100 передачи энергии не передает энергию, и флаг 700 передачи энергии равен “0” («Нет» на этапе S1000).

[0063] Соответственно, блок 103 обнаружения обновляет Z_before до Z_init. Затем первый таймер 107 сбрасывается в момент времени Ta1 (этап S1002). Когда первый таймер 107 истекает в момент времени Ta2 («Да» на этапе S1003), блок 103 обнаружения передает импульс 506 в течение периода до момента времени Ta3 (этап S1004). Затем блок 103 обнаружения осуществляет обнаружение Z от Ta2 до Ta3 (этап S1005).

[0064] Квадрат 602 показывает, что блок 103 обнаружения осуществляет обнаружение Z от момента времени Ta2 до момента времени Ta3, и высота квадрата 602 принципиально иллюстрирует величину импеданса, обнаруженного в этот момент времени. Согласно фиг. 6A, высота квадрата 602 равен Z_init. Соответственно, блок 103 обнаружения сохраняет Z_init в Z_now (этап S1006).

[0065] В строке 1502 показана информация, хранящаяся в блоке 110 хранения импеданса в этот момент времени. В строке 1502, оба Z_before и Z_now равны Z_init («Да» на этапе S1011). Также, согласно строке 705, флаг 700 передачи энергии равен “0” («Нет» на этапе S1012), флаг 703 запрета равен “0” («Нет» на этапе S1013), и флаг 704 устройства также равен “0” («Нет» на этапе S1016). Соответственно, блок 103 обнаружения снова сбрасывает первый таймер 107 в момент времени Ta3.

[0066] Затем предполагается, что постороннее вещество 202 поступило в зону 201 передачи энергии в момент времени Ta4. Иными словами, предполагается, что в момент времени Ta4 совершается переход в состояние, показанное на фиг. 2B. Квадрат 604 показывает, что постороннее вещество 202 присутствует в зоне 201 передачи энергии от момента времени Ta4 до момента времени Ta7.

[0067] Блок 103 обнаружения осуществляет обнаружение Z от Ta5 до Ta6. Заметим, что обнаружение Z устанавливается до истечения в момент T6 с использованием первого таймера 107. Импеданс, обнаруженный в этот момент времени, указан квадратом 603. Высота квадрата 603 принципиально иллюстрирует величину импеданса, обнаруженного в этот момент времени, которая в данном случае равна Z1. Согласно фиг. 6A, высота Z1 квадрата 602 не равна Z_init.

[0068] В строке 1503 показана информация, хранящаяся в блоке 110 хранения импеданса в этот момент времени. В строке 1503, Z_now и Z_before не равны («Нет» на этапе S1011). Соответственно, блок 103 обнаружения определяет, что постороннее вещество 202 или устройство 101 приема энергии присутствует в зоне 201 передачи энергии (этап S1018).

[0069] Флаги, хранящиеся в блоке 105 хранения состояния системы в этот момент времени, показаны в строке 705, и флаг 700 передачи энергии равен “0” («Нет» на этапе S1019). Затем блок 103 обнаружения обновляет флаг 701 приостановки до “1” (этап S1020). Блок 105 хранения состояния системы в этот момент времени показан в строке 706. Согласно строке 706, флаг 701 приостановки равен “1”, и это означает, что блок 104 управления должен идентифицировать, обусловлено ли изменение импеданса посторонним веществом 202 или устройством 101 приема энергии. Для осуществления идентификации, блок 103 обнаружения запускает блок 104 управления, и процедура переходит к этапу S1100 (фиг. 11A).

[0070] На фиг. 11A и 11B показана блок-схема операций для управления BT в устройстве 100 передачи энергии. Состояние здесь означает состояние, показанное на фиг. 2B, и устройство 101 приема энергии отсутствует. По этой причине, BT (блок 116 связи) устройства 100 передачи энергии не запущен («Нет» на этапе S1100). Соответственно, блок 104 управления запускает BT в качестве главного (этап S1101) и передает сообщение запроса для осуществления запроса периферийных BT-совместимых устройств по стандарту BT от блока 116 связи (этап S1102, 605).

[0071] Здесь, при наличии устройства 101 приема энергии, сообщение ответа на запрос (сигнал ответа), которое является ответом на сообщение запроса, отправляется в качестве ответа. Однако постороннее вещество 202 не отвечает на сообщение запроса, и, таким образом, блок 104 управления не принимает сообщение ответа на запрос («Нет» на этапе S1103). Соответственно, блок 104 управления определяет, что причина изменения импеданса, обнаруженного от момента времени Ta5 до момента времени Ta6 не совместима с BT (этап S1127), и определяет, что она является посторонним веществом 202 (этап S1120). Дополнительно, флаг 701 приостановки обновляется до “0” (этап S1121), и флаг 703 запрета обновляется до “1” (этап S1122).

[0072] Затем блок 104 управления осуществляет отображение ошибки на блоке 112 отображения для извещения пользователя о присутствии постороннего вещества 202 в зоне 201 передачи энергии, о запрещении передачи энергии (этап S1123). Флаги, хранящиеся в блоке 105 хранения состояния системы в этот момент времени, показаны в строке 707. Флаг 703 запрета равен “1”, поскольку постороннее вещество 202 присутствует в зоне 201 передачи энергии. Согласно строке 707, устройство 101 приема энергии не соединено посредством BT, и флаг 704 устройства равен “0” («Нет» на этапе S1124). По этой причине, блок 104 управления предписывает блоку 103 обнаружения действовать для проверки, что постороннее вещество 202 удалено из зоны 201 передачи энергии (этап S1126), и обработка возвращается к этапу S1000 (этап S1129). Здесь, в момент времени Ta7, предполагается, что после просмотра отображения ошибки, пользователь, например, удаляет постороннее вещество 202 из зоны 201 передачи энергии.

[0073] От момента времени Ta8 до момента времени Ta9, блок 103 обнаружения передает импульс и осуществляет обнаружение Z. Поскольку постороннее вещество 202 удалено из зоны 201 передачи энергии, состояние от Ta8 до Ta9 является состояние, показанное на фиг. 2A, и блок 110 хранения импеданса показан в строке 1502. Согласно строке 707, флаг 703 запрета равен “1” («Да» на этапе S1013), и, таким образом, блок 103 обнаружения определяет, что постороннее вещество 202 удалено (этап S1017), флаг 703 запрета обновляется до “0”, после чего отображение ошибки отключается (этап S1015). Затем блок 103 обнаружения возвращается к обработке этапа S1000.

[0074] Как описано выше, выходной импеданс источника напряжения постоянного тока для усилителя в режиме класса «E», когда импульс передается в состоянии, в котором постороннее вещество 202 и устройство приема энергии отсутствуют в зоне 201 передачи энергии, сохраняется блоком 103 обнаружения как Z_init. Также, конфигурация такова, что импульс периодически передается через антенну передачи энергии, и выходной импеданс в этот момент времени сравнивается с хранящимся Z_init. Соответственно, путем регистрации изменения импеданса, устройство 100 передачи энергии может распознавать, что, по меньшей мере, одно из постороннего вещества 202 и устройства 101 приема энергии присутствует в зоне 201 передачи энергии. Дополнительно, распознавая отсутствие ответа для сообщения запроса, устройство 100 передачи энергии может распознавать присутствие постороннего вещества 202.

[0075] Заметим, что в вышеприведенном описании, блок 103 обнаружения выполнен с возможностью обнаружения выходного импеданса источника 401 напряжения постоянного тока, но может быть выполнен с возможностью обнаружения другой физической величины, которая изменяется вследствие постороннего вещества 202, будучи электромагнитно связан с антенной 115 передачи энергии. Например, возможна конфигурация, в которой обнаруживается напряжение V1 антенны 115 передачи энергии. Также, устройство 100 передачи энергии предписывает блоку 116 связи действовать как главный BT и передает сообщение запроса, обозначенное 605. Таким образом, можно быстро идентифицировать постороннее вещество, которое не отвечает на сообщение запроса. Сообщение запроса может быть другим пакетом, для которого ожидается ответ от устройства 101 приема энергии. Также блок 116 связи может быть выполнен с возможностью использования стандарта связи, отличного от BT (например, беспроводной LAN).

[0076] Пример 2 работы системы передачи энергии (операция при наличии устройства приема энергии)

На фиг. 6B показана временная диаграмма для устройства 100 передачи энергии и устройства 101 приема энергии в случае, когда устройство 101 приема энергии присутствует в зоне 201 передачи энергии. Заметим, что горизонтальная ось указывает время, и вертикальная ось принципиально иллюстрирует импеданс устройства 101 приема энергии, воспринимаемый антенной 115 передачи энергии.

[0077] Также, Hi-Z, Md-Z и Zo (Hi-Z>Md-Z>Zo) указаны как три заранее определенные значения импеданса. Управление для установления импеданса на соответствующие значения осуществляется устройством 101 приема энергии вышеописанным образом. Квадрат 610 указывает, что импеданс устройства 101 приема энергии равен Hi-Z от момента времени Tb1 до момента времени Tb2. Квадрат 611 указывает, что импеданс устройства 101 приема энергии равен Md-Z от момента времени Tb2 до момента времени Tb3. Квадрат 615 указывает, что импеданс устройства 101 приема энергии равен Zo от момента времени Tb5 до момента времени Tb6.

[0078] Также, квадрат 612 показывает, что блок 103 обнаружения передает импульс 506 и осуществляет обнаружение Z от момента времени Tb2 до момента времени Tb3, и что результат обнаружения Z указан пунктирной линией 624. Как явствует из сравнения пунктирной линии 624 и Z_init, импеданс, обнаруженный блоком 103 обнаружения от момента времени Tb2 до момента времени Tb3, не равен Z_init.

[0079] На фиг. 13A и 13B показана блок-схема операций, демонстрирующая операции для управления BT в устройстве 101 приема энергии. Если оставшаяся энергия батареи меньше или равна заранее определенному пороговому значению (например, 95%) («Да» на этапе S1300), устройство 101 приема энергии запускает четвертый таймер 122 в момент времени Tb1 (этап S1302), и импеданс устройства 101 приема энергии устанавливается на Hi-Z (этап S1303).

[0080] Когда четвертый таймер 122 истекает в момент времени Tb2 (этап S1304), устройство 101 приема энергии запускает пятый таймер 123 (этап S1305) и соединяет блок 126 переключения с резонансным блоком 128 (этап S1306). Затем устройство 101 приема энергии соединяет блок 130 переключения нагрузки с промежуточным сопротивлением 131 и импеданс устройства 101 приема энергии устанавливается на Md-Z (этап S1307).

[0081] Здесь будут описаны функции четвертого таймера 122 и пятого таймера 123. Четвертый таймер 122 задает продолжительность времени, в течение которого импеданс устройства 101 приема энергии установлен на Hi-Z, и пятый таймер 123 задает продолжительность времени, в течение которого он установлен на Md-Z. Другими словами, если устройство 101 приема энергии не принимает импульс 506 от устройства 100 передачи энергии («Нет» на описанном ниже этапе S1308), устройство 101 приема энергии повторно изменяет состояние на Hi-Z и Md-Z.

[0082] Блок 103 обнаружения обнаруживает импеданс, который отличается от Z_init от момента времени Tb2 до момента времени Tb3. Вследствие этого, блок 103 обнаружения распознает, что постороннее вещество 202 или устройство 101 приема энергии присутствует в зоне 201 передачи энергии.

[0083] Здесь, поскольку устройство 101 приема энергии устанавливает импеданс на Md-Z, микроток течет в промежуточном сопротивлении 131 вследствие импульса 506 (т.е. сигнала 502 обнаружения и сигнала 503 адреса BT), передаваемого блоком 113 передачи энергии от Tb2 до Tb3. В этой связи, устройство 101 приема энергии может получать адрес BT устройства 100 передачи энергии, который включен в сигнал 503 адреса BT, путем регистрации напряжения, генерируемого на обоих выводах промежуточного сопротивления 131. В этот момент времени, устройство 101 приема энергии может распознавать свое присутствие в зоне 201 передачи энергии устройства 100 передачи энергии.

[0084] Если устройство 101 приема энергии принимает импульс 506 (сигнал управления) («Да» на этапе S1308), импеданс устройства 101 приема энергии сразу же устанавливается на Hi-Z в момент времени Tb3 (этап S1310), независимо от того, истек ли пятый таймер 123, с целью вышеупомянутой защиты цепи.

[0085] Затем устройство 101 приема энергии сохраняет (обновляет) адрес BT устройства 100 передачи энергии, полученный на этапе S1311, в области 900 хранения блока 121 хранения ID (этап S1312). Здесь, адрес BT (идентификатор) устройства 100 передачи энергии, полученный из импульса 506 равен “aa aa aa aa aa aa”. Затем устройство 101 приема энергии запускает BT (блок 119 связи) (этап S1313).

[0086] Между тем, после обнаружения, что импеданс изменился в момент времени Tb3, устройство 100 передачи энергии запускает BT (блок 116 связи) (этап S1101) и передает сообщение запроса (этап S1102, 605).

[0087] Приняв сообщение запроса («Да» на этапе S1314), устройство 101 приема энергии получает адрес BT устройства источника передачи, хранящийся в заголовочном участок сообщения запроса и сохраняет (обновляет) его в области 901 хранения блока 121 хранения ID. Затем устройство 101 приема энергии сравнивает два адреса BT, хранящиеся в областях 900 и 901 хранения блока 121 хранения ID (этап S1316).

[0088] На фиг. 9 показано два адреса BT, хранящиеся в блоке 121 хранения ID в этот момент времени. Согласно фиг. 9, адрес BT в области 900 хранения и адрес BT в области 901 хранения совпадают с адресом BT устройства 100 передачи энергии («Да» на этапе S1317). В этой связи, на этапе S1318, устройство 101 приема энергии определяет, завершено ли соединение с устройством, соответствующему адресу BT, хранящемуся в блоке 121 хранения ID. В данном случае, BT-соединение еще не осуществлено («Нет» на этапе S1318). По этой причине, устройство 101 приема энергии передает сообщение ответа на запрос (сигнал ответа) (этап S1319, 613) в ответ на сообщение запроса, передаваемое устройством, соответствующим адресу BT, хранящемуся в блоке 121 хранения ID (в этом случае, устройство 100 передачи энергии) (сигнал ответа средство передачи). Другими словами, устройство приема энергии распознает свое присутствие в зоне 201 передачи энергии и затем передает сообщение ответа на запрос (сигнал ответа).

[0089] Приняв сообщение ответа на запрос, обозначенное 613 («Да» на этапе S1103), устройство 100 передачи энергии определяет, является ли источник передачи сообщения ответа на запрос устройством, которое не соединено посредством BT. В данном случае, поскольку устройство 100 передачи энергии и устройство 101 приема энергии не соединены посредством BT («Да» на этапе S1104), устройство 100 передачи энергии осуществляет обработку аутентификации для устройства 101 приема энергии.

[0090] В этой связи, при аутентификации BT используется пин-код, и аутентификация проходит успешно, если пин-код, используемый устройством 101 приема энергии, идентичен используемому в устройстве 100 передачи энергии. В этой связи, устройство 100 передачи энергии использует, например, свой собственный адрес BT в качестве пин-кода (этап S1105). Также, устройство 101 приема энергии использует в качестве пин-кода адрес BT устройства 100 передачи энергии, полученный из импульса 506 на этапе S1311 (этап S1320). Поскольку пин-коды сделаны общими для устройства 100 передачи энергии и устройства 101 приема энергии, аутентификация проходит успешно, и может совместно использоваться один и тот же ключ шифрования.

[0091] Устройство 100 передачи энергии генерирует ключ инициализации на основании процедуры аутентификация BT (этап S1106) и передает случайное число, генерируемое в устройстве 100 передачи энергии на устройство 101 приема энергии (не показан). Приняв случайное число, устройство 101 приема энергии генерирует ключ инициализации на основании пин-кода и случайного числа.

[0092] Затем устройство 100 передачи энергии передает вновь сгенерированное случайное число на устройство приема энергии (этап S1107). Приняв случайное число на этапе S1107, устройство 101 приема энергии генерирует сообщение SRES (ответ на сигнал) на основании случайного числа, адреса BT устройства 100 передачи энергии и ключа инициализации и передает сообщение SRES на устройство 100 передачи энергии.

[0093] Приняв сообщение SRES (этап S1108), устройство 100 передачи энергии сравнивает сообщение SRES с генерируемым им самим сообщением SRES (этап S1109). Как описано выше, пин-код совместно используется устройством 100 передачи энергии и устройством 101 приема энергии, и, таким образом, сообщения SRES совпадают («Да» на этапе S1109), и аутентификация проходит успешно (этап S1110, «Да» на этапе S1321).

[0094] Затем устройство 101 приема энергии передает сообщение SDP (протокол обнаружения услуг)_inquires (этап S1322). Приняв сообщение SDP_inquires (этап S1112), устройство 100 передачи энергии передает сообщение SDP_response, включающее в себя “беспроводную зарядку”, которая представляет собой информацию, касающуюся услуги, которая может предоставляться (этап S1113). Приняв сообщение SDP_response (этап S1323), устройство 101 приема энергии проверяет, совпадают ли желаемая услуга и услуга, полученная на этапе S1323 (этап S1324). В данном случае, устройство 101 приема энергии запросило услугу “беспроводной зарядки” для зарядки батареи, которая является нагрузкой 118, и, таким образом, принимается решение, что услуги совпадают («Да» на этапе S1325).

[0095] Поскольку BT-соединение с устройством 101 приема энергии было успешным, блок 104 управления обновляет флаг 704 устройства до “1” (этап S1116). Затем блок 104 управления предписывает устройству 101 приема энергии устанавливать импеданс на Hi-Z для определения, присутствует ли постороннее вещество 202 в зоне 201 передачи энергии (этап S1117). Затем блок 104 управления предписывает блоку 103 обнаружения действовать, осуществляя обработку вышеописанных этапов S1001, S1004, S1005, S1030 и S1006, и сравнивает результат с содержанием блока 110 хранения импеданса (этап S1118).

[0096] В данном случае, предполагается, что от момента времени Tb4 до момента времени Tb5, блок 113 передачи энергии передал импульс 506, переданный на этапе S1004. В данном случае, состояние показано на фиг. 2C, и постороннее вещество 202 отсутствует в зоне 201 передачи энергии. По этой причине, импеданс, обнаруженный блоком 103 обнаружения от момента времени Ta4 до момента времени Ta5, равен Z_init («Да» на этапе S1119). По этой причине, блок 104 управления определяет, что изменение импеданса обусловлено устройством 101 приема энергии, обнаруженного от момента времени Tb2 до момента времени Tb3 (этап S1114) и обновляет адрес BT в области 800 хранения блока 106 хранения ID до адреса BT устройства 101 приема энергии (этап S1115). Заметим, что адрес BT устройства 101 приема энергии можно получить из заголовка и т.п. сообщения SDP_response, принятого на этапе S1112. При этом адрес BT (идентификатор) устройства 101 приема энергии равен “bb bb bb bb bb bb”.

[0097] На фиг. 12A и 12B показана блок-схема операций для управления передачей энергии в устройстве 100 передачи энергии. На Фиг. 14A и 14B показана блок-схема операций для управления приемом энергии в устройстве 101 приема энергии.

[0098] Сначала, в момент времени Tb4, блок 104 управления передает инструкцию для изменения импеданса на Zo (инструкцию Zo) на устройство 101 приема энергии для вычисления эффективности передачи между антенной 115 передачи энергии и антенной 125 приема энергии (этап S1200, 614). Приняв инструкцию Zo («Да» на этапе S1400), устройство 101 приема энергии устанавливает импеданс устройства 101 приема энергии на Zo (этап S1401) и передает ответ на инструкцию Zo, указывающий, что импеданс установлен на Zo, на устройство 100 передачи энергии (этап S1402).

[0099] Приняв ответ на инструкцию Zo (этап S1201), блок 104 управления передает импульс 506 от антенны 115 передачи энергии (этап S1202). Приняв импульс («Да» на этапе S1403), устройство 101 приема энергии передает ответ на прием энергии, указывающий значение напряжения или значение энергии на устройство 100 передачи энергии (этап S1431).

[0100] Если ответ на прием энергии, принятый на этапе S1203, не равен нулю («Нет» на этапе S1230), блок 104 управления получает эффективность передачи (этап S1204), предписывает блоку 114 управления резонансом действовать (этап S1205), и управляет блоком 114 управления резонансом таким образом, чтобы эффективность передачи достигала пика. Если эффективность передачи достигает пика («Да» на этапе S1205), эффективность передачи и заранее сохраненное пороговое значение сравниваются (этап S1207). Если эффективность передачи больше или равна пороговому значению («Да» на этапе S1208), блок 104 управления передает извещение об эффективности (эффективность высока) на устройство 101 приема энергии (этап S1231) и передает инструкцию Hi-Z (этап S1232, 616). В этом случае, после этого передача импульса для вычисления эффективности (этап S1202) не осуществляется. Приняв извещение об эффективности («Да» на этапе S1405), устройство 101 приема энергии устанавливает импеданс на Hi-Z (этап S1432), и передает ответ на инструкцию Hi-Z, указывающий, что инструкция Hi-Z принята, и импеданс установлен на Hi-Z, на устройство 100 передачи энергии. Заметим, что если эффективность меньше порогового значения («Нет» на этапе S1208), достаточно, чтобы управление осуществлялось таким образом, что извещение об эффективности (эффективность низка) передается (этап S1220), и передача энергии не осуществляется.

[0101] Затем блок 104 управления направляет запрос на устройство 101 приема энергии для приема параметров приема энергии, которые указывают величину энергии, запрашиваемую устройством 101 приема энергии, пиковое напряжение, допустимое для блока 117 приема энергии и пр. (этап S1209), и устройство 101 приема энергии отвечает на запрос (этап S1408). Блок 104 управления сравнивает параметры приема энергии, полученные на этапе S1210, и свои собственные возможности передачи энергии и определяет, возможна ли передача энергии (этап S1211). Затем, если передача энергии возможна («Да» на этапе S1212), блок 104 управления предписывает блоку 103 обнаружения действовать, осуществляя обработку вышеописанных этапов S1001, S1004, S1005, S1030, S1006 и S1011, и сравнивает результат с содержанием блока 110 хранения импеданса (этап S1233).

[0102] При этом предполагается, что от момента времени Tb6 до момента времени Tb7, блок 113 передачи энергии передал импульс 506, переданный на этапе S1004. Поскольку постороннее вещество 202 отсутствует в зоне 201 передачи энергии в состоянии, показанном на фиг. 2C, импеданс, обнаруженный блоком 103 обнаружения от момента времени Ta6 до момента времени Ta7, равен Z_init («Да» на этапе S1234). Вследствие этого, блок 104 управления передает извещение о разрешении передачи энергии на устройство 101 приема энергии (этап S1213), и, приняв ответ на разрешение передачи энергии (этап S1214), блок 104 управления предписывает устройству 101 приема энергии подключаться к зарядной цепи (этап S1215).

[0103] Заметим, что блок 103 обнаружения действует от момента времени Ta6 до момента времени Ta7, поскольку существует возможность, что постороннее вещество 202 поступает в зону 201 передачи энергии в течение периода от Tb5 до Tb6. Таким образом, до начала передачи энергии, блок 104 управления всегда предписывает блоку 103 обнаружения действовать и проверяет отсутствие постороннего вещества 202.

[0104] Приняв извещение о разрешении передачи энергии («Да» на этапе S1409), устройство 101 приема энергии передает ответ на разрешение передачи энергии (этап S1410). Затем устройство 101 приема энергии принимает инструкцию подключения к зарядной цепи (этап S1411) и соединяет блок 130 переключения нагрузки с блоком 133 управления нагрузкой (этап S1412). Кроме того, устройство 101 приема энергии запускает блок 133 управления нагрузкой (этап S1413) и передает ответ подключения к зарядной цепи (этап S1414).

[0105] Приняв ответ подключения к зарядной цепи (этап S1216), блок 104 управления осуществляет извещение о начале передачи энергии и начинает передавать энергию в момент времени Tb7 (этап S1217, 617). Затем блок 104 управления обновляет флаг 701 приостановки до “0” (этап S1218) и обновляет флаг 700 передачи энергии до “1” (этап S1219).

[0106] Устройство 101 приема энергии начинает управление импедансом нагрузки (этап S1415), начинает прием энергии, приняв извещение о начале передачи энергии (этап S1416), и отображает тот факт, что зарядка осуществляется на блоке 124 отображения. В этот момент времени, состояние показано на фиг. 2D, и блок 105 хранения состояния системы находится в состоянии, когда флаги, показанные в строке 708, сохранены.

[0107] От момента времени Tb7 и далее, импеданс устройства 101 приема энергии имеет постоянное значение Zo. Поскольку блок 113 передачи энергии использует усилитель в режиме класса «E», импеданс источника напряжения постоянного тока, обнаруженный блоком 103 обнаружения также является постоянным. Здесь, Z_tx является импедансом источника напряжения постоянного тока, когда устройство 100 передачи энергии передает энергию от Tb7 и далее, и квадрат 618 указывает Z_tx.

[0108] Начав передачу энергии («Да» на этапе S1000), устройство 100 передачи энергии сбрасывает второй таймер, который истекает за микропериод (например, несколько миллисекунд), который короче, чем у первого таймера. Затем, по истечении второго таймера, устройство передачи энергии осуществляет обнаружение Z.

[0109] Здесь, если постороннее вещество 202 поступает в зону 201 передачи энергии в ходе передачи энергии, результатом обнаружения Z будет значение, которое отличается от Z_tx вследствие влияния постороннего вещества 202. В этот момент времени, блок 104 управления распознает, что постороннее вещество 202 или новое устройство приема энергии, которое не показано на фиг. 2D поступило в зону 201 передачи энергии, или что устройство 101 приема энергии покинуло зону 201 передачи энергии, и импеданс изменился. Устройство 100 передачи энергии осуществляет следующую обработку и определяет, обусловлено ли изменение импеданса посторонним веществом 202, новым устройством приема энергии или перемещением устройства 101 приема энергии.

[0110] Поскольку флаг передачи энергии равен “1” («Да» на этапе S1019), устройство 100 передачи энергии передает извещение о приостановке передачи энергии на устройство 101 приема энергии указывающий, что передачу энергии нужно прервать, пока не закончится определение (этап S1025). Затем флаг передачи энергии обновляется до “0” (этап S1027), и передача энергии останавливается (этап S1026). Затем устройство 100 передачи энергии передает инструкцию Hi-Z на устройство 101 приема энергии (этап S1028).

[0111] Приняв извещение о приостановке передачи энергии («Да» на этапе S1429), устройство 100 приема энергии передает ответ на извещение о приостановке передачи энергии. В этот момент времени, устройство 101 приема энергии распознает, что передача энергии приостановлено, поскольку устройство 100 передачи энергии осуществляет определение, или что устройство 101 приема энергии само покинуло зону 201 передачи энергии. Также, когда передача энергии останавливается (этап S1430), устройство 101 приема энергии больше не распознает, находится ли оно в зоне 201 передачи энергии, и, таким образом, адрес BT, хранящийся в области 900 хранения удаляется (этап S1422). Также, приняв извещение о приостановке передачи энергии, устройство 101 приема энергии не отключает отображение зарядки (этап S1421), невзирая на, что передача энергии остановлена. Затем, в случае приема инструкции Hi-Z, импеданс устанавливается на Hi-Z (этап S1423), и затем передается ответ на инструкцию Hi-Z.

[0112] Приняв ответ на инструкцию Hi-Z («Да» на этапе S1029), устройство 100 передачи энергии обновляет флаг 701 приостановки до “1” (этап S1020). Затем устройство 100 передачи энергии возвращается к обработке этапа S1100 для осуществления идентификации (этап S1023). В этот момент времени, блок 105 хранения состояния системы находится в состоянии, когда флаги, показанные в строке 709, сохранены.

[0113] Поскольку импеданс устройства 101 приема энергии в этот момент времени равен Hi-Z, устройство передачи энергии не влияет на обнаружение Z, осуществляемое устройством 100 передачи энергии. Соответственно, устройство 100 передачи энергии обнаруживает постороннее вещество 202 с использованием обработки, которая была описана выше со ссылкой на фиг. 2A (этап S1120). Поскольку флаг 704 устройства равен “1” («Да» на этапе S1126), устройство 100 передачи энергии передает извещение об ошибке на устройство 101 приема энергии (этап S1126). Блок 105 хранения состояния системы в этот момент времени находится в состоянии, когда флаги, показанные в строке 710, сохраняются. Приняв извещение об ошибке («Да» на этапе S1424), устройство 101 приема энергии отключает отображение зарядки (этап S1425) и осуществляет отображение ошибки на блоке 124 отображения (этап S1426).

[0114] Устройство 100 передачи энергии предписывает блоку обнаружения действовать на этапе S1126 и переходит к обработке этапа S1000 (этапы S1126, S1129), и, таким образом, как описано выше со ссылкой на фиг. 2A, можно обнаруживать, что постороннее вещество 202 удалено.

[0115] Когда постороннее вещество 202 удалено, флаг 704 устройства равен “1” («Да» на этапе S1016), и, таким образом, устройство 100 передачи энергии передает извещение о компенсации ошибки на устройство приема энергии (этап S1021). Приняв извещение об ошибке («Да» на этапе S1427), устройство 101 приема энергии переходит к этапу S1400 и ожидает инструкцию Zo. После этого устройство 100 передачи энергии начинает передавать энергию с использованием обработки, которая была описана со ссылкой на фиг. 6B.

[0116] Также, если новое устройство приема энергии поступило в зону 201 передачи энергии в ходе передачи энергии, результат обнаружения Z будет указывать значение, которое отличается от Z_tx, вследствие влияния нового устройства приема энергии. Вследствие этого, устройство 100 передачи энергии может обнаруживать новое устройство приема энергии с использованием обработки, которая была описана выше со ссылкой на фиг. 2B. Затем, на этапе S1200, инструкция Zo дается для всех адресов BT, хранящихся в области 800 хранения в этот момент времени. Другими словами, инструкция Zo дается для адреса BT устройства 101 приема энергии и адреса BT нового устройства приема энергии. Затем устройство 100 передачи энергии начинает передавать энергию на устройство 101 приема энергии и новое устройство приема энергии. На этапе S1421, достаточно, чтобы устройство 101 приема энергии не отключало отображение зарядки, пока устройство 100 передачи энергии осуществляет определение, или, другими словами, когда существует возможность продолжать прием энергии, невзирая на, что передача энергии остановлена. Соответственно, если новые устройства приема энергии часто входят в зону 201 передачи энергии, отображение зарядки не отключается каждый раз, и пользователю устройства 101 приема энергии не нужно беспокоиться о том, что зарядка не осуществляется.

[0117] Заметим, что если в зоне 201 передачи энергии присутствует, например, другое устройство BT, которое может отвечать на сообщение запроса, но не имеет совместно используемой информации, на этапе S1109 производится отрицательный определение, и устройство 100 передачи энергии определяет, что другое устройство BT является посторонним веществом (этап S1120).

[0118] Как описано выше, в системе беспроводной передачи энергии согласно первому варианту осуществления, выходной импеданс источника напряжения постоянного тока 401 в состоянии, в котором постороннее вещество 202 и устройство 101 приема энергии отсутствуют в зоне 201 передачи энергии (начальное состояние), сохраняется как Z_init блоком 103 обнаружения. Затем, периодически передавая импульс через антенну 115 передачи энергии и сравнивая выходной импеданс в этот момент времени и Z_init, можно реализовать обнаружение постороннего вещества без добавления особой цепи.

[0119] Кроме того, устройство 101 приема энергии имеет функцию управления импедансом. Благодаря тому, что устройство 101 приема энергии управляет импедансом в соответствии с инструкциями от устройства 100 передачи энергии, устройство 100 передачи энергии может идентифицировать, какое из постороннего вещества 202 и устройства 101 приема энергии присутствует в зоне 201 передачи энергии. Кроме того, устройство 100 передачи энергии может передавать энергию на устройство 101 приема энергии с более предпочтительной эффективностью передачи.

[0120] Также, если Z_init и Z_before не равны на этапе S1234 («Нет» на этапе S1234), устройство передачи энергии определяет присутствие постороннего вещества (этапы S1235, S1120) и запрещает передачу энергии. Благодаря этому, передача энергии может быть запрещена, когда постороннее вещество поступило в зону передачи энергии в течение периода от момента времени Tb5 до момента времени Tb6.

[0121] Также, если сообщения SRES не совпадают, устройство передачи энергии определяет присутствие постороннего вещества и запрещает передачу энергии. Это соответствует случаю, когда устройство BT, которое не может принимать услугу беспроводной зарядки, входит в зону передачи энергии, и осуществляется обработка аутентификации BT. В этом случае, устройство передачи энергии может рассматривать устройство BT как идентичное постороннему веществу и не осуществляет передачу энергии на него.

[0122] Также, если устройство приема энергии не передает ожидаемый ответ, связь посредством BT можно останавливать. Случай, когда ответ на инструкцию Zo не принимается от устройства приема энергии, и случай, когда ответ на параметр приема энергии не принимается, являются примерами случаев, когда ожидаемый ответ не передается.

[0123] Также, другим примером этого является случай, когда устройство передачи энергии выполнено с возможностью передачи извещения об определении возможности передачи энергии на этапе S1212 независимо от результата определения, и устройство приема энергии выполнено с возможностью передачи ответа определения возможности передачи энергии в ответ на извещение, но устройство передачи энергии не принимает ответ определения возможности передачи энергии. Альтернативно, другими примерами этого являются случай, когда устройство передачи энергии не принимает ответ на разрешение передачи энергии, и случай, когда устройство передачи энергии не принимает ответ подключения к зарядной цепи.

[0124] Кроме того, другие примеры являются случаем, когда устройство приема энергии выполнено с возможностью передачи ответа на извещение о начале передачи энергии в ответ на извещение о начале передачи энергии, но ответ на начало передачи энергии не принимается, или ответ на инструкцию Hi-Z не принимается. Также, другим примером является случай, когда устройство приема энергии выполнено с возможностью передачи ответа на извещение об ошибке в ответ на извещение об ошибке, но устройство передачи энергии не принимает ответ на извещение об ошибке. Также, другим примером является случай, когда устройство приема энергии выполнено с возможностью передачи ответа на извещение о компенсации ошибки в ответ на извещение о компенсации ошибки, но устройство передачи энергии не принимает ответ на извещение о компенсации ошибки. Также, другим примером является случай, когда устройство приема энергии выполнено с возможностью передачи ответа на извещение об эффективности в ответ на извещение об эффективности, но ответ на извещение об эффективности не принимается.

[0125] В вышеозначенных случаях, допустимо, что устройство приема энергии покидает зону связи по той или иной причине, что устройство приема энергии дает сбой, что блок связи устройства передачи энергии дает сбой и т.п. Также устройство передачи энергии может быть выполнено с возможностью останавливать или запрещать передачу энергии также в случае, когда связь BT разрывается вследствие ухудшения среды связи и т.п. Благодаря этому, передача энергии может останавливаться или запрещаться в случае, когда обмен сигналами управления больше не осуществляется.

[0126] Также, если устройство передачи энергии не выполняет следующую ожидаемую обработку, устройство приема энергии может отключаться от BT, удалять адрес BT из области 901 хранения, и затем останавливать BT. Случай, когда устройство приема энергии не принимает определение возможности передачи энергии, случай, когда не принимается инструкция Hi-Z, случай, когда не принимается извещение о разрешении передачи энергии, и случай, когда не принимается инструкция подключения к зарядной цепи, являются примерами случаев, когда устройство передачи энергии не осуществляет ожидаемую обработку.

[0127] Также, другим примером является случай, когда устройство приема энергии выполнено с возможностью обнаружения величины приема энергии, принятой от устройства передачи энергии, и извещение о приостановке передачи энергии не принимается, несмотря на то, что величина приема энергии равна 0. Также, другим примером является случай, когда устройство приема энергии не принимает импульс на этапе S1403 («Нет» на этапе S1403). Заметим, что если импульс не принимается на этапе S1403 («Нет» на этапе S1403), до разъединения BT, устройство приема энергии может передавать извещение о невозможности приема энергии на устройство передачи энергии, указывающее, что импульс не принят.

[0128] Случай, когда устройство приема энергии, присутствующее в зоне передачи энергии, удаляется или перемещается из зоны передачи энергии, и случай отказа в устройстве приема энергии или устройстве передачи энергии являются примерами, которые также соответствуют вышеописанным случаям. Таким образом, можно обрабатывать случаи, когда в устройстве передачи энергии и устройство приема энергии возникают непредвиденные обстоятельства.

[0129] Также, благодаря конфигурации, где второй таймер установлен на микропериод, можно сразу же обнаруживать поступление постороннего вещества 202 в зону 201 передачи энергии и можно быстро останавливать передачу энергии. Также, устанавливая первый таймер на более длинный период времени, чем второй таймер, можно добиваться низкого энергопотребления в устройстве передачи энергии в состоянии, в котором передача энергии не осуществляется, или где BT не запущен.

[0130] Также, если ответ на сообщение запроса принят, устройство передачи энергии проверяет, присутствует ли постороннее вещество в зоне передачи энергии, устанавливая импеданс устройства приема энергии на Hi-Z. Благодаря этому, извещение об ошибке может передаваться на устройство приема энергии, и извещение о том, что передача энергии запрещена, может осуществляться в случае, когда присутствует постороннее вещество.

[0131] Также, устройство передачи энергии осуществляет обнаружение Z до вычисления эффективности. Благодаря этому, постороннее вещество можно обнаруживать до осуществления вычисления эффективности, и вычисление эффективности может осуществляться с точностью. Также, обнаружение Z осуществляется до начала передачи энергии, и, таким образом, если постороннее вещество поступило в зону передачи энергии в течение периода от момента времени Tb5 до момента времени Tb6, устройство передачи энергии может распознавать поступление постороннего вещества до начала передачи энергии.

[0132] Кроме того, даже когда извещение о приостановке передачи энергии принимается на этапе S1429, и прием энергии прерывается, устройство приема энергии не отключает отображение зарядки, пока не будет принято извещение об ошибке. Благодаря этому, отображение зарядки может оставаться включенным в случае, когда существует возможность, что прием энергии может продолжаться, даже если прием энергии прервался. Другими словами, в случае, когда несколько устройств приема энергии входят в зону 201 передачи энергии одно за другим, отображение зарядки не отключается каждый раз.

[0133] Также, распознав свое присутствие в зоне 201 передачи энергии, устройство приема энергии осуществляет обработку аутентификации BT. Благодаря этому, после успешной аутентификации BT для устройства приема энергии, устройство передачи энергии может распознавать, что устройство приема энергии присутствует в зоне 201 передачи энергии. Также, поскольку устройство приема энергии сначала распознает свое присутствие в зоне передачи энергии и затем передает сообщение ответа на запрос, устройство передачи энергии может распознавать, что устройство приема энергии, передавшее сообщение ответа на запрос, присутствует в зоне передачи энергии. Соответственно, устройство передачи энергии может осуществлять управление связью с устройством приема энергии, которое присутствует в зоне 201 передачи энергии.

[0134] Также, устройство передачи энергии осуществляет извещение своего собственного адреса BT через антенну передачи энергии, используемую в зоне 201 передачи энергии, которая меньше, чем зона 200 связи. Затем устройство приема энергии осуществляет обработку аутентификации только с устройством передачи энергии, имеющим адрес BT, полученный с использованием антенны приема энергии. Благодаря этому, устройство приема энергии может избежать проблемы соединения через BT с другим, соседним устройством передачи энергии.

[0135] Также, если следующая ожидаемая инструкция или извещение не принимается от устройства передачи энергии, устройство приема энергии останавливает блок связи. Благодаря этому, можно предотвратить отказ системы. Также, если ожидаемый ответ не принимается от устройства приема энергии, устройство передачи энергии также останавливает блок связи и останавливает последовательность передачи энергии. Благодаря этому, можно предотвратить отказ системы.

[0136] Также, устройство передачи энергии запускает блок связи после обнаружения изменения импеданса. Благодаря этому, энергия не подается без необходимости на блок связи, и можно реализовать низкое энергопотребление.

[0137] Также, если оставшаяся энергия батареи больше порогового значения («Нет» на этапе S1300, «Да» на этапе S1418), устройство приема энергии устанавливает импеданс на Hi-Z (этапы S1301, S1431). Благодаря этому, устройство приема энергии, которое не нуждается в зарядке, не будет влиять на обнаружение Z, выполняемое устройством 100 передачи энергии. Также, если оставшаяся энергия батареи больше порогового значения («Нет» на этапе S1300, «Да» на этапе S1418), устройство приема энергии не подключается к устройству передачи энергии посредством BT, и можно добиться энергосбережения в устройстве приема энергии и устройстве передачи энергии.

[0138] Измененный пример 1

Ниже будут описаны другие конфигурации, и аналогичные результаты также можно получить с любой из этих конфигураций или их комбинации.

[0139] Высоким сопротивлением может быть конденсатор, указывающий высокий импеданс по частоте высокочастотного напряжения, генерируемого в антенне приема энергии. Допустимо также не включать высокое сопротивление 127. В этом случае, антенна приема энергии находится в открытом состоянии, и в антенне приема энергии не течет ток. Другими словами, импеданс антенны приема энергии можно задать равным чрезвычайно высокому значению. Также, Z_init не обязано иметь фиксированное значение и может иметь значение, полученное заданием границы ошибки равным фиксированному значению. Например, аналогичные результаты также можно получить со значением 100 Ом ± 3%.

[0140] Также, импульс был описан как имеющий конфигурацию, где сигнал 502 обнаружения и сигнал 503 адреса BT объединяются, но можно использовать только сигнал 503 адреса BT. Также, устройство передачи энергии выполнено с возможностью передачи импульса с перерывами, но аналогичные результаты можно получить с использованием конфигурации непрерывной передачи.

[0141] Также, после передачи извещения о компенсации ошибки (этап S1021), устройство передачи энергии может передавать инструкцию Md-Z для установления импеданса на Md-Z на устройство приема энергии, и устройство приема энергии может устанавливать импеданс на Md-Z. Благодаря этому, устройство приема энергии может распознавать присутствует ли оно в зоне 201 передачи энергии, и, таким образом, можно предотвратить отказ системы.

[0142] Также, в вышеприведенном описании, устройство передачи энергии извещает свой собственный адрес BT устройству приема энергии через антенну передачи энергии. Можно также осуществлять извещение адреса BT, на котором осуществлялась конкретная арифметическая операция. Благодаря тому, что устройство передачи энергии и устройство приема энергии совместно используют конкретную арифметическую операцию, можно получить аналогичный результат, и безопасность повышается. Примеры конкретной арифметической операции включают в себя способ нахождения исключающего ИЛИ заранее определенной 6-байтовой битовой строки и битовой строки адреса BT (6 байтов).

[0143] Дополнительно, можно также передавать импульс, включающий в себя добавление пин-кода, вместо импульса, включающего в себя только адрес BT. Использование конфигурации, где пин-код при необходимости изменяется, повышает сложность ключа шифрования и повышает безопасность.

[0144] Также, в вышеприведенном описании, устройство передачи энергии извещает свой собственный адрес BT устройству приема энергии через антенну передачи энергии. Адрес BT может быть другой информацией, позволяющей идентифицировать устройство передачи энергии. Например, адрес BT может быть случайным числом, генерируемым случайным образом устройством передачи энергии. В этом случае, устройство передачи энергии передает случайное число от момента времени Tb2 до момента времени Tb3 и присоединяет случайное число к сообщению запроса. Затем, аналогичный результат можно получить также, когда устройство приема энергии сравнивает принятое случайное число и случайное число, присоединенное к запросу от момента времени Tb2 до момента времени Tb3 на этапе S1316.

[0145] Также, при обработке аутентификации BT и генерации ключа шифрования, устройство приема энергии может включать в себя информационный элемент, указывающий, что оно может принимать услугу беспроводной зарядки, в сообщении ответа на запрос и передавать это сообщение ответа на запрос на устройство передачи энергии в качестве ответа. Например, устройство приема энергии может включать в себя “приемник беспроводной энергии” в качестве информационного элемента. Благодаря тому, что обработку аутентификации осуществляет только источник передачи ответа, включающего в себя информационный элемент, из принятых ответов на запросы, устройство передачи энергии может избежать осуществления ненужной обработки аутентификации с устройством BT, которое не может принимать услугу беспроводной зарядки.

[0146] Также, в вышеприведенном описании, устройство передачи энергии действует как главное устройство, и устройство приема энергии определяет, передавать ли ответ на запрос, на основании адреса запроса источник передачи. Однако другой пакет, обмен которым осуществляется до ключа шифрования, совместно используется на этапе S1111, или, другими словами, можно использовать другой пакет, который ожидается в качестве ответа от подчиненного устройства. Например, можно использовать пакет ID, обмен которым осуществляется во время вызова (страница).

[0147] Также, сигнал 503 адреса BT выполнен с возможностью передачи устройством передачи энергии, но возможна конфигурация, в которой устройство приема энергии передает свой собственный адрес BT. В этом случае, устройство приема энергии, например, управляет соединением между антенным переключателем и резонансным блоком и, таким образом, модулирует нагрузку согласно импульсу, передаваемому устройством передачи энергии. Это изменяет импеданс, когда устройство приема энергии воспринимается устройством передачи энергии и позволяет передавать информацию адреса BT.

[0148] В этом случае, используется конфигурация, где устройство передачи энергии имеет область 900 хранения и область 901 хранения. В устройстве передачи энергии хранится адрес BT устройства приема энергии, который был принят с использованием модуляции нагрузки в области 900 хранения, и хранится адрес BT устройства приема энергии, который является сообщением ответа на запрос источник передачи в области 901 хранения. Затем устройство передачи энергии сравнивает адреса BT с использованием обработки на этапе S1316 и осуществляет обработку аутентификации и генерации ключа шифрования на адресах BT, если они совпадают. В этом случае, обработка аутентификации BT осуществляется только с устройством приема энергии, которое присутствует в зоне 201 передачи энергии, и, таким образом, сообщения SRES всегда совпадают, и ненужная обработка аутентификации для других устройств BT не осуществляется.

[0149] Также, устройство передачи энергии и устройство приема энергии могут передавать соответствующие адреса BT от антенны передачи энергии и антенны приема энергии. В этом случае, используется конфигурация, где устройство передачи энергии и устройство приема энергии имеют область 900 хранения и область 901 хранения. Приняв адрес BT 503 устройства передачи энергии в момент времени T3 на фиг. 5, устройство приема энергии затем передает адрес BT устройства приема энергии. В этом случае, устройство приема энергии передает ответ на запрос только на устройство передачи энергии, которое присутствует в зоне 201 передачи энергии. Также, поскольку устройство передачи энергии осуществляет обработку аутентификации только с устройством приема энергии, которое присутствует в зоне 201 передачи энергии, в результате, ненужная обработка не осуществляется, например, обработка аутентификации осуществляется с устройством BT, которое не может принимать услугу беспроводной зарядки.

[0150] Измененный пример 2

Кроме того, аналогичные результаты можно получить также в случае, когда блок 116 связи и блок 119 связи совместимы со стандартом связи, отличным от BT, например беспроводной LAN. В случае беспроводной LAN, достаточно использовать конфигурацию, где адрес BT заменен MAC-адресом, сообщение запроса заменено сообщением ProbeRequest, и сообщение ответа на запрос заменено сообщением ProbeResponse.

[0151] Например, в обработке аутентификации и соединения, можно использовать стандарт Wi-Fi Direct Service (именуемый ниже стандартом WDFS), установленный альянсом Wi-Fi. Стандарт WFDS является протоколом, который может осуществлять обработку аутентификации и соединения между одной точкой доступа и одной станцией в беспроводной LAN. Также, устройство передачи энергии и устройство приема энергии выполнены с возможностью передачи соответствующих MAC-адресов от антенны передачи энергии и антенны приема энергии.

[0152] Затем, если MAC-адреса, хранящиеся в области 900 хранения и области 901 хранения, совпадают, устройство передачи энергии и устройство приема энергии запускают WFDS. Затем, если обработка аутентификации и соединения осуществляются только с устройством беспроводной LAN, имеющим MAC-адрес, который сохраняется в области 900 хранения и области 901 хранения устройством передачи энергии и устройством приема энергии соответственно, устройство передачи энергии может осуществлять управление связью с устройством приема энергии, которое присутствует в зоне, где может осуществляться передача энергии.

[0153] Здесь будет рассмотрен случай, когда несколько устройств приема энергии присутствуют в зоне 201 передачи энергии в системе, в которой осуществляется обмен сигналами управления с использованием беспроводной LAN. Предполагается, что устройство приема энергии, действующее как точка доступа, по той или иной причине покинуло зону 200 связи. Таким образом, соединение по беспроводной LAN между устройством передачи энергии и устройством приема энергии, действующим как точка доступа, разрывается. По этой причине, устройство передачи энергии не может обмениваться сигналами управления с остальными устройствами приема энергии. Вследствие этого, желательно, чтобы устройство передачи энергии было выполнено с возможностью действовать как точка доступа.

[0154] Заметим, что терминал беспроводной LAN, совместимый с WFDS, может быть станцией или точкой доступа. В фазе GroupNegotiation (именуемой ниже “фазой GN”) в стандарте WFDS, производится определение, играет ли терминал беспроводной LAN роль станции или точки доступа. Также, согласно стандарту WFDS, терминал беспроводной LAN, имеющий более высокое целевое значение от 0 до 15, обмен которым осуществляется в фазе GN, выступает в роли точки доступа, и терминал беспроводной LAN имеющий более низкое целевое значение, выступает в роли станции.

[0155] Вследствие этого, достаточно, чтобы целевое значение, передаваемое устройством передачи энергии, было больше целевого значения, передаваемого устройством приема энергии. Например, устанавливая целевое значение, передаваемое устройством 100 передачи энергии на устройство 101 приема энергии в фазе GN, равным “15” и устанавливая целевое значение, передаваемое устройством 101 приема энергии на устройство 100 передачи энергии в фазе GN, равным “0”, устройство 100 передачи энергии может действовать как точка доступа, и устройство 101 приема энергии может действовать как станция.

[0156] Кроме того, хотя стандарт WFDS описан в качестве примера протокола для осуществления обработки аутентификации и соединения, можно также использовать стандарт Wi-Fi Direct.

[0157] Также, устройство передачи энергии и устройство приема энергии выполнены с возможностью для передачи соответствующих MAC-адресов от антенны передачи энергии и антенны приема энергии, но также возможна конфигурация, где их передачу осуществляет одно из устройства передачи энергии и устройства приема энергии. Таким образом, на основании стандарта беспроводной LAN, устройство передачи энергии может осуществлять управление связью с устройством приема энергии, которое присутствует в зоне, где связь возможна, и устройства передачи и приема энергии могут идентифицировать друг друга.

[0158] Другие варианты осуществления

Варианты осуществления настоящего изобретения также могут быть реализованы посредством компьютерных систем или устройства, которое считывает и выполняет компьютерно-исполнимые инструкции, записанные на носителе информации (например, нетранзиторном компьютерно-считываемом носителе информации) для осуществления функций одного или более из вышеописанных вариантов осуществления настоящего изобретения, и посредством способа, осуществляемого компьютерными системами или устройством, например, путем считывания и выполнения компьютерно-исполнимых инструкций из носителя информации для осуществления функций одного или более из вышеописанных вариантов осуществления. Компьютер может содержать один или более из центрального процессора (CPU), микропроцессора (MPU) или другой схемы, и может включать в себя сеть отдельных компьютеров или отдельных компьютерных процессоров. Компьютерно-исполнимые инструкции могут поступать на компьютер, например, из сети или среды хранения. Среда хранения может включать в себя, например, один или более из жесткого диска, оперативной памяти (RAM), постоянной памяти (ROM), хранилища распределенных вычислительных систем, оптического диска (например, компакт-диска (CD), цифрового универсального диска (DVD) или диска Blu-ray (BD)™), устройства флэш-памятки, карты памяти и пр.

[0159] Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на иллюстративные варианты осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничивается раскрытыми иллюстративными вариантами осуществления. Объем нижеследующей формулы изобретения должен отвечать самой широкой интерпретации, чтобы охватывать все подобные модификации и эквивалентные структуры и функции.

[0160] По данной заявке испрашивается приоритет японской патентной заявкой № 2013-088880, поданной 19 апреля 2013 г., которая, таким образом, включена сюда посредством ссылки в полном объеме.




















Ученые создали эффективную систему передачи энергии на расстоянии

Ученые создали эффективную систему передачи энергии на расстоянии. Она позволяет заряжать электронные устройства вне зависимости от расстояния между устройством и его источником питания. Об этом говорится в исследовании ученых из Стэнфордского университета, опубликованном в журнале Nature Electronics.

Современные методы беспроводной зарядки электронных устройств технологии работают только в том случае, если общие параметры системы настроены на определенное расстояние передачи.

Это имеет некоторые ограничения: для эффективной зарядки устройству нужно постоянно находиться на определенном расстоянии от источника энергии.

Собственная частота системы — это частота, на которой система работает хорошо и которая способствует эффективной передаче энергии устройству. В системе, разработанной исследователями, эта частота колебаний самостоятельно приспосабливается к изменяющимся условиям, которые могут быть движением устройства, получающего энергию, в масштабе менее миллисекунды. Таким образом, система поддерживает эффективную передачу, даже когда устройство находится в быстром движении.

Кроме того, система позволяет заряжать устройство почти независимо от того, насколько далеко оно находится от источника питания. В ходе тестирования она смогла стабильно передавать мощность в 10 Вт на батарею, которая находилась на расстоянии от 0 до 65 см и двигалась с постоянной скоростью.


Ранее ученые создали керамическую батарею на бутане. Новая технология расширит диапазон применения керамических топливных элементов для портативных и мобильных устройств, таких как электромобили, роботы и дроны.


Читайте также:

— Суперкомпьютеры по всей Европе взломали и майнили криптовалюту

— В мире начинается вторая волна эпидемии коронавируса. Где и когда всё это кончится?

— Найдено антитело, которое нейтрализует не только SARS-CoV-2, но и старые коронавирусы

Беспроводная передача энергии большой мощности для устройств, работающих в условиях индустриальной среды

Поскольку энергия питания передается одновременно с функционированием приложений в режиме передачи данных по беспроводной сети, то соблюдение допустимых уровней ЭМП требует внимательности и ответственного отношения. Проблема в том, что катушки передатчика и приемника ведут себя как трансформатор с малым коэффициентом связи и очень большим воздушным зазором. Это приводит к достаточно большому уровню электромагнитного поля вблизи катушек. Измерения в части выполнения требований по ЭМС показали, что широкополосные помехи могут возникать в спектре основной волны вплоть до частот порядка 80 МГц. Если уровень помех измеряется ниже установленного предела с хорошим запасом, то можно предположить, что требования по напряженности поля радиопомех также будут соблюдаться. В общем, при разработке устройств беспроводной передачи мощности выполнение требований стандарта EN55022 для Класса B может представлять собой проблему, сложность решения которой нельзя недооценивать. Пример результата измерения уровня кондуктивных ЭМП приведен на рис. 1.

Рис. 1. Пример результата измерения спектра кондуктивных электромагнитных помех в диапазоне частот 9 кГц – 30 МГц, предел по Классу B

Магнитное поле H (dI/dt) может создать индуктивную связь и, следовательно, навести ток помехи на соседние проводящие дорожки. Обычно для борьбы с этим явлением полезно максимально разнести такие цепи или использовать ферритовые гибкие материалы, например WE-FSFS [4], подробно об этом материале и вопросах применения магнитного экранирования, в том числе и для беспроводных зарядных устройств, написано в [5].

В отличие от магнитного электрическое поле E (dV/dt) имеет емкостную связь с «землей». Это можно наблюдать при измерении напряжения помех или напряженности поля. Вот почему такие источники синфазных помех необходимо подавлять как в низко-частотном (килогерцевом), так в более высоко­частотном (мегагерцевом) диапазоне.

Поскольку в рассматриваемых приложениях беспроводной передачи энергии именно электрическое поле E (а точнее, поле рассеяния) является основной причиной проблем ЭМС, то рекомендуется принять следующие меры:

  • Для уменьшения вихревых токов под катушкой, особенно если это передатчик, должна быть установлена и ориентирована по направлению к ней перфорированная металлическая пластина. Это может быть, например, медная фольга на печатной плате, подключенная через конденсатор (например, типа WE-CSMH емкостью 1–100 нФ, рассчитанный на рабочее напряжение 2000 В) к заземлению или корпусу схемы. Он накоротко замкнет большую часть электрического поля на источник, и оно уже не будет распространяться через «землю» (общий провод).
  • Защитить катушки передатчика и приемника и их цепи возбуждения и приема энергии хорошо экранирующим металлическим и/или поглощающим материалом WE-FAS, WE-FSFS [5].
  • Если это допускают уровни токов утечки (они нормируются стандартами по электробезопасности, в частности в медицинском оборудовании [2]), то снизить уровни помех в широком частотном спектре помогут Y‑конденсаторы максимальной емкостью 2×4,7 нФ, например серии WE-CSSA.
  • Для фильтрации источников синфазных помех в низкочастотном диапазоне 0,05–5 МГц, в зависимости от рабочего напряжения и тока, могут использоваться синфазные дроссели с компенсацией постоянного тока из следующих серий: WE-CMB, WE-CMBNC, WE-UCF, WE-SL или WE-FC.
  • Для фильтрации синфазных помех в более высокочастотном диапазоне 5–100 МГц, в зависимости от рабочего напряжения и тока, могут применяться синфазные дроссели с компенсацией постоянного тока из следующих серий: WE-CMB NiZn, WE-CMBNC, WE-SL5HC или WE-SCC.
  • Подавить дифференциальные ЭМП в зависимости от рабочего напряжения помогут Х‑конденсаторы из следующих серий, которые должны быть подключены между обеими линейными шинами и нейтралью: WE-FTXX или WE-CSGP.
  • Поскольку во всей цепи, в зависимости от приложения, протекает очень большой переменный ток, то для соответствия устройства требованиям по ЭМС важно иметь компактную печатную плату с малой собственной индуктивностью провод­ников. Компоненты силовой цепи и колебательного контура должны быть расположены максимально близко друг к другу и подключаться проводниками с малой собственной индуктивностью. Для этого необходимо оптимально использовать «заливку» свободных областей с применением обычных полигонов.

    Рис. 2. Предлагаемое общее решение по снижению уровня синфазных и дифференциальных помех

Пример решения по выполнению требований ЭМС с использованием Х‑ и Y‑конденса-торов приведен на рис. 2, а пример конструктивного решения, когда ввиду специфики устройства нельзя использовать Y‑конденса-тор с подключением на «землю», скажем, в медицинских устройствах, носимой аппаратуре и в оборудовании для работы в потенциально взрывоопасной среде, показан на рис. 3.

Рис. 3. Пример решения, когда из-за ограничения по току утечки или ввиду специфики устройства нельзя использовать Y конденсатор

Как правило, во время проведения ОКР необходимо измерять уровни ЭМП на всех этапах проектирования, начиная с прототипа. Для этого рекомендуется заключить договор и поручить выполнять измерения компетентной лаборатории, профессионально занимающейся вопросами ЭМС. Внесение изменений в массовом производстве всегда связано с более высокими материальными затратами [3].

Кроме того, следует учитывать, что требования национальных стандартов могут отличаться, поэтому если конечный продукт будет продаваться в разных странах, то для ускорения процесса разработки и вывода изделия на рынок необходимо заранее учитывать регламенты стандартов и допустимые полосы частот для каждой страны.

 

Передающие и приемные катушки: особенности выбора

Для того чтобы найти подходящую беспроводную катушку для системы беспроводной передачи энергии, необходимо обратить внимание на следующие вопросы:

  • Насколько высок ожидаемый максимальный ток в катушке (реактивный и номинальный ток)?
  • Каковы максимально допустимые размеры корпуса устройства (длина, высота и ширина)?

Во избежание нежелательного насыщения или перегрева у катушек всегда должен быть запланирован некий запас, обычно на уровне 30% от расчетного номинального рабочего тока. Если можно использовать несколько вариантов катушек, предпочтение следует отдавать тем катушкам, которые имеют наивысшую индуктивность, поскольку в этом случае конденсатор колебательного контура может быть меньше. Кроме того, такой подход сокращает уровень реактивных токов, возникающих в колебательном контуре. Меньшие токи в контуре приводят к снижению самонагрева и улучшению свойств в части ЭМС.

Максимальный ток в колебательном контуре равен: Imax = πUinC/L, где Uin — напряжение на контуре.

Лучший коэффициент связи достигается тогда, когда катушки передатчика и приемника имеют одинаковые геометрические размеры, поэтому здесь рекомендуются катушки с соотношением размеров 1:1. Компоненты семейства WE-WPCC, например 760308102142 (53×53 мм), 760308100143 (∅50 мм), 760308100110 (∅50 мм), были специально разработаны для устройств высокой мощности. Эти катушки могут использоваться в качестве передатчиков и приемников. Они характеризуются весьма низкими значениями сопротивления по постоянному току Rdc, очень высокими значениями добротности Q и очень высокими токами насыщения IR.

 

Конденсатор колебательного контура: особенности выбора

Поскольку в параллельном колебательном контуре, как известно из теории, циркулируют большие токи, то при выборе типа используемых в нем конденсаторов подходит далеко не любая технология. В зависимости от приложения пригодны только три типа конденсаторов: MKP (например, WEFTXX и WE-FTBP), с диэлектриком NP0 (в частности, WE-CSGP) или FKP. В связи с их низким уровнем собственных потерь данные типы конденсаторов способны выдерживать высокие переменные токи без перегрева. Однако в зависимости от мощности резонансного преобразователя, для того чтобы уменьшить нагрев, применяют разделение токов, которое достигается параллельным включением нескольких конденсаторов. Здесь следует тщательно следить за тем, чтобы ни один из конденсаторов не нагревался до температуры, превышающей 85 °C. Именно по этой причине конденсаторы с более высокими потерями (особенно следует оценивать уровень диэлектрических потерь) X7R, X5R, MKS и т. д. не подходят для колебательных контуров в резонансных преобразователях. Принимая во внимание размер корпуса, общие затраты и минимально возможный реактивный ток в резонансном контуре, необходимо выбрать максимально низкую емкость конденсатора. Предельными факторами здесь являются максимальная рабочая частота преобразователя, индуктивность катушки передатчика и приемника. Номинальное рабочее напряжение конденсатора должно быть не менее πVin плюс дополнительный запас в 20%. Также следует учитывать, что максимально допустимое среднеквадратичное напряжение переменного тока V ACrms для конденсаторов типа MKP заметно падает на частотах выше 5 кГц.

Коэффициент потерь конденсатора в процентах определяется как:
DF = 2πf×ESRcap×100%.

 

Индуктивности фильтра: особенности выбора

Колебательный контур с его переменным током отделяют от источника питания две катушки индуктивности (дроссели). Через них подается напряжение от источника питания постоянного тока, при этом они играют роль фильтрующих элементов. Дроссели следует выбирать исходя из максимально возможного номинального тока конкретной схемы. Здесь должен использоваться классический силовой дроссель (например, WE-HCI, WE-PD, WE-LHMI) с воздушным зазором и высокой добротностью. Его номинальная индуктивность должна быть как минимум в 5 раз выше индуктивности катушки колебательного контура. Это требуется для того, чтобы поставить в колебательный контур достаточную энергию. Если пульсация входного (для передатчика) или выходного (для приемника) напряжения все еще слишком высока, то номинальные значения индуктивности дросселя или емкость конденсатора фильтра могут быть увеличены. В качестве альтернативы, для достижения низких уровней пульсаций, можно уменьшить ESR фильтрующих компонентов. Кроме того, более эффективными здесь будут SMD-дроссели (WE-HCF или WE-HCI), преимущество которых заключается в том, что они имеют меньшие потери на больших токах (как постоянных, так и переменных). Поскольку эти дроссели должны постоянно подавать большой переменный ток в колебательный контур, их нагрев происходит из-за наличия гистерезиса и потерь из-за вихревых токов в материале сердечника. Требуемое значение индуктивности дросселя напрямую связано с емкостью фильтрующего конденсатора.

Добротность дросселя Q определяется как: QL = XL/Rdk.

 

К вопросу выбора МОП-транзисторов

Выбор подходящего N‑канального МОП-транзистора в основном зависит от уровня напряжения питания. Если это лишь 5 В, то для надежного управления может, например, использоваться транзистор с логическими уровнями управления по затвору. Поскольку большинство мощных МОП-транзисторов имеют максимально допустимое напряжение затвор/исток ±20 В, то при использовании напряжения питания выше 20 В необходимо принять меры для защиты затвора. Это может быть, скажем, стабилитрон, включенный с затвора на общий провод, или емкостный делитель напряжения, который удержит напряжение затвора в оптимальном диапазоне. Следует также обратить внимание на то, чтобы напряжение на затворе не было слишком низким, поскольку в таком случае МОП-транзистор резонансного преобразователя может оказаться в режиме линейного усилителя, в результате чего схема перестанет функционировать.

Такой режим, когда транзистор окажется в активной области своей вольт-амперной характеристики, как правило, приводит к перегреву одного из двух МОП-транзисторов. Кроме того, необходимо соблюдать осторожность, чтобы предотвратить превышение напряжения с учетом увеличения напряжения на множитель π. Так, при напряжении питания 20 В МОП-транзисторы должны выдерживать напряжение исток/сток не менее 63 В. В этом случае следует использовать 100‑В транзисторы. Эффективность (КПД) схемы в значительной степени зависит от того, насколько высоки сопротивление канала транзисторов в открытом состоянии Rds,on и требования по заряду затвора (имеется в виду общий заряд затвора) выбранных МОП-транзисторов. Здесь нужно найти компромисс, поскольку МОП-транзисторы с низким Rds,on обычно имеют более высокую емкость затвора и, следовательно, требуется высокий общий заряд затвора.

Ток заряда/разряда по затвору МОП-тран-зистора: Igate = Cgate×(Vgate/tsw), где Cgate — емкость затвора транзистора; Vgate — управляющее напряжение на затворе; tsw — длительность импульса.

При этом коммутационные потери равны: PV = I2Rds,on, где Id — ток стока.

 

Диоды и схема подтяжки

Поскольку МОП-транзисторы необходимо переключать относительно быстро, то в результате появляются связанные с быстрым переключением токи на уровне ампер как следствие заряда и разряда емкости затвора. Такие зарядно-разрядные токи должны поступать через резисторы подтяжки и диоды. Возникающие при этом потери не столь уж малы. Вот почему необходимо принять меры по оптимизации максимально допустимых потерь мощности (PV), при этом учитывать и токовую нагрузку компонентов в цепи управления затвором. Аналогично защитные диоды транзисторов должны иметь такое же максимально допустимое обратное напряжение, как и МОП-транзисторы. В качестве альтернативы классическим диодам или диодам Шоттки можно использовать диоды, которые имеются в корпусах МОП-транзисторов. В зависимости от типа они способны выдерживать большие нагрузки, сохранять свои характеристики при более высокой температуре, чем та, что обычно указана в спецификации на транзистор. Не следует недооценивать и потери обратного восстановления, их тоже следует учитывать.

Потери мощности в цепи управления затвором: PV = (Udiode×I)+(I2×Rpull-up), где Udiode — падение напряжения на диоде; Rpull-up — номинальное сопротивление резистора подтяжки.

 

Входной и выходной конденсаторы: особенности выбора

Входные и выходные конденсаторы в сочетании с дросселями служат в основном как элементы входного и выходного фильтров. Поскольку резонансные частоты в системе беспроводной передачи энергии находятся ниже 200 кГц, то конденсаторы должны быть рассчитаны на более высокие рабочие частоты. Проведенные испытания показали, что значения их номинальных емкостей в зависимости от конкретных решений системы и индуктивности дросселей могут принадлежать к диапазону 10–1000 мкФ. Частота среза по уровню –6 дБ такого LC-фильтра должна составлять около 1/10 от частоты колебательного контура системы. При этом ее ослабление теоретически ожидается с коэффициентом 40 дБ/декада. Принимая во внимание неидеальность реальных компонентов фильтра, на практике следует ожидать уровень затухания 30 дБ/декада. В зависимости от используемого типа дросселя на текущий через него постоянный ток может быть наложен значительный компонент переменного тока. Если этот ток слишком высок, то для работы на больших токах пульсаций вместо обычного алюминиевого электролитического конденсатора лучше использовать полимерный электролитический конденсатор, выдерживающий большие токи переменной составляющей. Полимерные и керамические конденсаторы с присущим им низким ESR также обеспечивают возможность значительного уменьшения амплитуды пульсации отраженного напряжения. Меньшая пульсация напряжения означает, что при измерении помех, влияющих на ЭМС, их уровень будет ниже. Наилучший результат достигается при использовании параллельного соединения алюминиевых электролитных конденсаторов и полимерных или керамических конденсаторов, например WCAP-PTHR или WCAP-PSLC.

Частота среза входного/выходного фильтра:

где L — индуктивность дросселя фильтра; C — емкость конденсатора или суммарная емкость всех конденсаторов фильтра.

Падение напряжения (напряжение пульсаций) на конденсаторе фильтра: Uripple = ESR×IAC, где ESR — эквивалентное сопротивление конденсатора или суммарное эквивалентное сопротивление всех конденсаторов фильтра; IAC — переменная составляющая тока.

 

Возможные проблемы, которые необходимо учитывать при разработке резонансного преобразователя

На практике, если вы остановили свой выбор на предлагаемой топологии схемы, основа которой, несомненно, удобный для использования генератор Ройера, вам обязательно необходимо рассмотреть два момента, связанных с тем, чтобы исключить защелкивание МОП-транзисторов.

  1. Требования кисточнику питания передатчика в момент включения системы беспроводной передачи мощности

Если источник питания не в состоянии обеспечить достаточный пусковой ток во время переходного процесса при включении, произойдет просадка напряжения и может случиться так, что один из двух МОП-транзисторов начнет зависать в режиме линейного усиления, а через напряжение питания постоянно закорачиваться на «землю», что способно привести к перегреву МОП-транзистора и, как следствие, к его выходу из строя. Следует также обратить внимание на то, чтобы конденсатор входного фильтра не имел чрезмерного номинала, поскольку это может еще больше усугубить эффект «защелкивания», ведь блок питания, кроме пускового тока для генератора, должен будет зарядить и этот конденсатор.

На практике подобного негативного эффекта удается избежать, подключив конденсаторы и резонансный контур к рабочему напряжению еще до остальной части схемы. Затем затворы МОП-транзисторов можно переключать с помощью оптопар или транзисторов. Затворами также управляют и через отдельный источник питающего напряжения, например уже упомянутый модуль серии MagI3C, его включение от основного источника питания выполняется с некоторой задержкой.

  1. Импеданс, отраженный отстороны приемника к передатчику

С учетом больших скачков нагрузки на стороне приемника и вполне реальных внезапных изменений коэффициентов связи катушек может случиться так, что частично отраженный импеданс накоротко замыкает индуктивность намагничивания со стороны передатчика. Это, в свою очередь, приводит к срыву колебаний, а схема «защелкивается».

Коэффициент связи можно определить как:

где Usec — напряжение на вторичной обмотке; Upri — напряжение на первичной обмотке; Npri — число витков первичной обмотки; Nsec — число витков вторичной обмотки; Lpri — индуктивность первичной обмотки; Lsec — индуктивность вторичной обмотки.

M — коэффициент взаимоиндукции определяется как:

Для противодействия этому негативному эффекту полезно слегка отстроить частоту резонансного контура приемника при помощи подключения дополнительного параллельного конденсатора так, чтобы резонансная частота самого контура приемника была на 10–20% выше частоты контура передатчика. Альтернативно, параллельно катушке передатчика, может быть подсоединена дополнительная индуктивность (дроссель), причем так, чтобы не возникло магнитной связи с каналом передачи энергии. Эта параллельная индуктивность должна быть равна или меньше индуктивности намагничивания катушки передатчика. Дроссель сохраняет энергию во время ZVS-процесса и помогает поддерживать колебания в случае неблагоприятных переходных процессов, связанных с изменением нагрузки.

Отраженный импеданс с параллельной компенсацией:

где f — частота; Rload — сопротивление нагрузки.

Резонансный конденсаторный приемник:

Дополнительная компенсирующая емкость приемника:

На первом этапе, еще при создании прототипа, важно насколько это возможно проверить все ситуации, связанные с изменением нагрузки, что критично для обеспечения надежной конструкции с надлежащей функциональностью.

 

Оптимизация окружающей среды катушек WPT

Если катушки WPT закреплены на металле, то в этом случае могут возникать индуктивные потери из-за индуцированных вихревых токов, вызванных магнитным полем рассеяния. Кроме того, металл, например медь на печатных платах, способен нагреваться. Мощные магнитные поля рассеяния также могут оказывать непреднамеренное влияние на электронные компоненты схемы. Этот эффект будет увеличиваться при разносе катушек WPT.

Меры предупреждения предполагают максимальное удаление излучающей катушки от элементов печатной платы и металлических частей от катушек, а также использование гибких ферритовых материалов с высокой магнитной проницаемостью, таких как WE-FSFS [4] (код заказа 374006), что позволит сфокусировать магнитный поток в заданном направлении и не превращать его в ненужное тепло. Для рассматриваемого материала на рис. 4 приведены графики поведения действительной и реактивной составляющих относительной магнитной проницаемости.

Рис. 4. Внешний вид и зависимость относительной магнитной проницаемости гибкого ферритового материала типа WE-FSFS

Здесь µ’ — это действительная часть, µ” — реактивная, или мнимая, часть, описывающая зависящие от частоты потери либо, как их называют, потери на гистерезис. Данные потери приводят к разогреву материала и ухудшению его магнитных свойств, более подробно об этом написано в [5].

 

Пример решения

Примеры решений, которые рассматривались в рамках настоящей статьи, приведены в [1]. На рис. 5 дан пример обратимой схемы, которая может использоваться как передатчик и приемник для беспроводных систем передачи энергии мощностью 100 Вт. (Внимание! В схеме присутствуют напряжения, опасные для прикосновения.)

Рис. 5. Резонансный преобразователь для катушек со средним отводом, который можно использовать на стороне передатчика и на стороне приемника. Изображение взято из [1]

Преимущество схемы, предлагаемой на рис. 5, состоит в том, что здесь требуется только одна катушка фильтра. Центральный отвод увеличивает частоту колебаний в два раза, а уровень пульсаций входного/выходного напряжения становится меньше. Это позволяет использовать менее габаритные дроссели в фильтрах. Кроме того, благодаря наличию двух перекрывающихся катушек снижаются требования по точности сопряжения катушек передающей и приемной стороны. Дополнительное напряжение 8–10 В можно получить из основного рабочего напряжения посредством маломощного линейного стабилизатора или стабилизатора компании Würth Elektronik (код заказа: 171012401). Транзисторы M3 и M4, выполняющие роль диодов, могут быть заменены быстрыми 1‑А диодами Шоттки с номинальным обратным напряжением 100 В.

Если для запитки подтягивающих резисторов применить более низкое напряжение от вспомогательного источника, то удается сократить потери мощности. В качестве конденсаторов C5 и C6 могут быть использованы конденсаторы номинальной емкостью 1 нФ, рассчитанные на рабочее напряжение 50 В, с ТКЕ NP0. Они необходимы для формирования крутых фронтов при переключении транзисторов М1 и М2. Конструктивное исполнение данной схемы приведено на рис. 6.

Рис. 6. Пример конструкции передатчика/приемника, схема которого приведена на рис. 5, с катушками 760308104119, выполненными на одном основании

 

Заключение

Предложенный вниманию читателей резонансный преобразователь представляет собой очень гибкое решение, которое легко адаптируется к условиям работы самых разнообразных приложений. Он может обеспечить наиболее эффективную беспроводную передачу энергии до нескольких сотен ватт. Если для конкретного приложения необходимо ужесточить требования по безопасности (в частности, отсутствие электрической искры при включении/выключении, обнаружение состояния передачи энергии, например при заряде аккумуляторной батареи и т. д.), то предпочтительным окажется именно представленный вариант. Предложенное в настоящей статье схемотехническое решение может стать основой и легко адаптироваться к специфике проектируемого оборудования. Вместо топологии резонансного преобразователя основой может служить и классическая мостовая схема с активным регулированием. В любом случае измерения на соответствие требованиям стандартов по ЭМС должны выполняться уже на первых прототипах и на самой ранней стадии разработки.

Высокая эффективность, малые габариты и выполнение требований стандартов в части ЭМС в большей степени зависят от схемы генератора, чем от катушек передатчика и приемника. Помимо широкого ассортимента самой разнообразной продукции, компания Würth Elektronik предлагает удобные в применении, полностью собранные катушки с наивысшими значениями добротности Q, которые благодаря высоким значениям индуктивности позволяют использовать малогабаритные конденсаторы.

На катушки намотан высокочастотный специальный многожильный провод, каждая жила которого покрыта изолирующим лаком — литцендратом (от нем. Litzen — пряди, и Draht — провод). Этот провод создан именно для изготовления высокодобротных катушек индуктивности. Данное конструктивное решение позволяет катушкам компании Würth Elektronik работать на большой мощности с низкими потерями на токах частоты преобразования. В сочетании с высококачественными ферритовыми материалами, имеющими высокую магнитную проницаемость, обеспечивается не только максимальная эффективность, но и наилучшие показатели электромагнитной совместимости уже как свойство конечного продукта.

В двух частях настоящей статьи показаны принцип и общее решение устройств беспроводной передачи энергии большой мощности, работающих в условиях индустриальной среды, представлены варианты возможных технических решений, даны рекомендации, приведено перспективное практическое решение. Далее будут рассмотрены аспекты, связанные с электромагнитными помехами (ЭМП), и вытекающие из этого вопросы соответствия представленных устройств требованиям по электромагнитной совместимости. Данная публикация, несомненно, окажется полезной разработчикам систем беспроводной передачи энергии, причем не только однонаправленных, типа зарядных устройств, но и двунаправленных, когда приемник и передатчик энергии могут меняться местами.

Устройства для бесконтактной передачи энергии — Энергетика и промышленность России — № 5 (33) май 2003 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 5 (33) май 2003 года

Немецкой фирмой «Schleifring und Apparatebau GmbH» было разработано устройство для бесконтактной передачи электрических сигналов и энергии между двумя мобильными относительно друг друга деталями, которое наряду с обеспечением широкой полосы пропускания, что обеспечивает передачу данных с максимально возможной скоростью, обладает низкой чувствительностью к помехам.

Это новшество может найти широкое применения в компьютерных томографах, радарных установках и различных трансформаторах (в том числе и совершающих сложное движение), которые незаменимы в различных сферах промышленности.

Работоспособность такого устройства обеспечивается тем, что каждый из предусмотренных элементов связи на каждой детали имеет по меньшей мере один резонатор, состоящий из одного-единственного элемента, который способен резонировать сам по себе и независимо от остальных элементов связи. Резонансная частота резонатора приблизительно равна частоте передаваемых сигналов. Отдельные резонаторы соединяются друг с другом проводником, который представляет собой линию с согласованной нагрузкой (то есть без отражения сигналов).

Такой принцип построения схемы позволяет благодаря сравнительно небольшим потерям, обусловленным излучением, передавать сигналы, а соответственно и электроэнергию с высоким кпд. При этом само устройство имеет простую и недорогую конструкцию.

Резонанс отдельных резонаторов может представлять собой резонанс токов или напряжений.

Наряду с объемными, диэлектрическими, ферримагнитными и/или пьезоэлектрическими резонаторами возможно применение недорогих по конструкции и простых в управлении коаксиальных резонаторов.

Эти коаксиальные резонаторы имеют особые проводящие поверхности, выполненные в виде расположенной на изоляторе гребенчатой структуры с определенным волновым сопротивлением нагрузки. Благодаря такой структуре они могут иметь большую по сравнению с существующими аналогами пространственную протяженность. А кроме того, ее можно легко выполнить на печатной плате.

Такая схема элемента связи позволяет иметь характеристики связи, которые на резонансной частоте являются наиболее оптимальными.

Инженерами «Schleifring und Apparatebau GmbH» было предложено несколько вариантов построения схем, чтобы можно было выбирать из них наиболее оптимальные в зависимости от условий.

Например, образованная элементами связи система может, в частности, иметь характеристику фильтра нижних частот, благодаря чему система проводников на низких частотах (полоса частот в пределах до нескольких сот мегагерц и до гигагерц) обладает электропроводными свойствами, а на высоких частотах обеспечивает значительное затухание сигнала, придавая предлагаемому в изобретении устройству очень высокую помехоустойчивость.

При этом путем расчета основных параметров элементов можно выделять используемую для передачи сигнала полосу частот, например, в пределах от 0 до 300 МГц, в значительной степени подавляя частоты в диапазоне выше указанной полосы.

Таким образом, вносящее помехи (паразитное) излучение такой системы проводников удается свести к минимуму.

Разработанное устройство может найти широкую сферу применения — от поворотных трансформаторов, которые используются в компьютерных томографах, радарных установках, до прямолинейно перемещающихся трансформаторов, незаменимых, например, в подъемных кранах. Кроме того, данное устройство можно эффективно применять и в трансформаторах, совершающих сложное движение.

3 способа беспроводной передачи энергии

Когда компания Apple представила свое первое беспроводное зарядное устройство для сотовых телефонов и гаджетов, многие посчитали это революцией и огромным скачком вперед в беспроводных способах передачи энергии.

Но были ли они первопроходцами или еще до них, кому-то удавалось проделать нечто похожее, правда без должного маркетинга и пиара? Оказывается были, притом очень давно и изобретателей таких было множество.

Так еще в далеком 1893г прославленный Никола Тесла, продемонстрировал изумленной публике свечение люминесцентных ламп. При том, что все они были без проводов.

Сейчас такой фокус может повторить любой школьник, выйдя в чистое поле и встав с лампой дневного света под линию высокого напряжения от 220кв и выше.

Чуть попозже, Тесла уже сумел зажечь таким же беспроводным способом фосфорную лампочку накаливания.

В России в 1895г А.Попов показал в работе первый в мире радиоприемник. А ведь по большому счету это тоже является беспроводной передачей энергии.

Самый главный вопрос и одновременно проблема всей технологии беспроводных зарядок и подобных методов заключается в двух моментах:

  • как далеко можно передать электроэнергию таким способом
  • и какое количество

Для начала давайте разберемся, какую мощность имеют приборы и бытовая техника нас окружающие. Например для телефона, смартчасов или планшета требуется максимум 10-12Вт.

У ноутбука запросы уже побольше — 60-80Вт. Это можно сравнить со средней лампочкой накаливания. А вот бытовая техника, особенно кухонная, кушает уже несколько тысяч ватт.

Поэтому очень важно не экономить с количеством розеток на кухне.

Так какие же методы и способы для передачи эл.энергии без применения кабелей или любых других проводников, придумало человечество за все эти годы. И самое главное, почему они до сих пор не внедрены столь активно в нашу жизнь, как того хотелось бы.

Взять ту же самую кухонную технику. Давайте разбираться подробнее.

Передача энергии через катушки

Самый легко реализуемый способ — использование катушек индуктивности.

Здесь принцип очень простой. Берутся 2 катушки и размещаются недалеко друг от друга. На одну из них подается питание. Другая играет роль приемника.

Когда в источнике питания регулируется или изменяется сила тока, на второй катушке магнитный поток автоматически также изменяется. Как гласят законы физики, при этом будет возникать ЭДС и она будет напрямую зависеть от скорости изменения этого потока.

Казалось бы все просто. Но недостатки портят всю радужную картинку. Минусов три:

  • маленькая мощность

Данным способом вы не передадите большие объемы и не сможете подключить мощные приборы. А попытаетесь это сделать, то просто поплавите все обмотки.

  • небольшое расстояние

Даже не задумывайтесь здесь о передаче электричества на десятки или сотни метров. Такой способ имеет ограниченное действие.

Чтобы физически понять, насколько все плохо, возьмите два магнита и прикиньте, как далеко их нужно развести, чтобы они перестали притягиваться или отталкиваться друг от друга. Вот примерно такая же эффективность и у катушек.

Можно конечно исхитриться и добиться того, чтобы эти два элемента всегда были близко друг от друга. Например электромобиль и специальная подзаряжающая дорога.

Но в какие суммы выльется строительство таких магистралей.

Еще одна проблема это низкий КПД. Он не превышает 40%. Получается, что таким способом передать много эл.энергии на большие расстояния вы не сможете.

Тот же Н.Тесла указал на это еще в 1899г. Позже он перешел на эксперименты с атмосферным электричеством, рассчитывая в нем найти разгадку и решение проблемы.

Однако какими бы не казались бесполезными все эти штуки, с их помощью до сих пор можно устраивать красивые светомузыкальные представления.

Или подзаряжать технику гораздо большую чем телефоны. Например электрические велосипеды.

Лазерная передача энергии

Но как же передать больше энергии на большее расстояние? Задумайтесь, в каких фильмах подобную технологию мы видим очень часто.

Первое что приходит на ум даже школьнику — это «Звездные войны», лазеры и световые мечи.

Безусловно, с их помощью можно передать большое количество эл.энергии на очень приличные расстояния. Но опять все портит маленькая проблемка.

К нашему счастью, но несчастью для лазера, на Земле есть атмосфера. А она как раз таки хорошо глушит и кушает большую часть всей энергии лазерного излучения. Поэтому с данной технологией нужно идти в космос.

На Земле также были попытки и эксперименты по проверке работоспособности метода. Nasa даже устраивали состязания по лазерной беспроводной передаче энергии с призовым фондом чуть менее 1млн.$.

В итоге выиграла компания Laser Motive. Их победный результат — 1км и 0,5квт переданной непрерывной мощности. Правда при этом в процессе передачи, ученые потеряли 90% всей изначальной энергии.



Но все равно, даже с КПД в десять процентов, результат посчитали успешным.

Напомним, что у простой лампочки полезной энергии, которая идет непосредственно на свет, и того меньше. Поэтому из них и выгодно изготавливать инфракрасные обогреватели. 

Неужели нет другого реально работающего способа передать электричество без проводов. Есть, и его изобрели еще до попыток и детских игр в звездные войны.

Оказывается, что специальные микроволны с длиной в 12см (частота 2,45Ггц), являются как бы прозрачными для атмосферы и она им не мешает в распространении.

Какой бы ни была плохой погода, при передаче с помощью микроволн, вы потеряете всего пять процентов! Но для этого вы сначала должны преобразовать электрический ток в микроволны, затем их поймать и опять вернуть в первоначальное состояние.

Первую проблему ученые решили очень давно. Они изобрели для этого специальное устройство и назвали его магнетрон.

Причем это было сделано настолько профессионально и безопасно, что сегодня каждый из вас у себя дома имеет такой аппарат. Зайдите на кухню и обратите внимание на свою микроволновку.

У нее внутри стоит тот самый магнетрон с КПД равным 95%.

Но вот как сделать обратное преобразование? И тут было выработано два подхода:

В США еще в шестидесятых годах ученый У.Браун придумал антенну, которая и выполняла требуемую задачу. То есть преобразовывала падающее на него излучение, обратно в электрический ток.

Он даже дал ей свое название — ректенна.

После изобретения последовали опыты. И в 1975г при помощи ректенны, было передано и принято целых 30 квт мощности на расстоянии более одного километра. Потери при передаче составили всего 18%.

Спустя почти полвека, этот опыт до сих так никто и не смог превзойти. Казалось бы метод найден, так почему же эти ректенны не запустили в массы?

И тут опять всплывают недостатки. Ректенны были собраны на основе миниатюрных полупроводников. Нормальная работа для них — это передача всего нескольких ватт мощности.

А если вы захотите передать десятки или сотни квт, то готовьтесь собирать гигантские панели.

И вот тут как раз таки появляются не разрешимые сложности. Во-первых, это переизлучение.

Мало того, что вы потеряете из-за него часть энергии, так еще и приблизиться к панелям без потери своего здоровья не сможете.

Вторая головная боль — нестабильность полупроводников в панелях. Достаточно из-за малой перегрузки перегореть одному, и остальные выходят из строя лавинообразно, подобно спичкам.

В СССР все было несколько иначе. Не зря наши военные были уверены, что даже при ядерном взрыве, вся зарубежная техника сразу выйдет из строя, а советская нет. Весь секрет тут в лампах.

В МГУ два наших ученых В.Савин и В.Ванке, сконструировали так называемый циклотронный преобразователь энергии. Он имеет приличные размеры, так как собран на основе ламповой технологии.

Внешне это что-то вроде трубки длиной 40см и диаметром 15см. КПД у этого лампового агрегата чуть меньше, чем у американской полупроводниковой штуки — до 85%.

Но в отличие от полупроводниковых детекторов, циклотронный преобразователь энергии имеет ряд существенных достоинств:

  • большая мощность
  • стойкость к перегрузкам
  • отсутствие переизлучения
  • невысокая цена изготовления
Однако несмотря на все вышесказанное, во всем мире передовым считаются именно полупроводниковые методы реализации проектов. Здесь тоже присутствует свой элемент моды.

После первого появления полупроводников, все резко начали отказываться от ламповых технологий. Но практические испытания говорят о том, что это зачастую неправильный подход.

Конечно, ламповые сотовые телефоны по 20кг или компьютеры, занимающие целые комнаты никому не интересны.

Но иногда только проверенные старые методы, могут нас выручить в безвыходных ситуациях. 

В итоге на сегодняшний день, мы имеем три возможности передать энергию без проводов. Самый первый из рассмотренных ограничен как расстоянием, так и мощностью.

Но этого вполне хватит, чтобы зарядить батарейку смартфона, планшета или чего-то побольше. КПД хоть и маленький, но метод все же рабочий.

Способ с лазерами хорош только в космосе. На поверхности земли это не очень эффективно. Правда когда другого выхода нет, можно воспользоваться и им.

Зато микроволны дают полет для фантазий. С их помощью можно передавать энергию:

  • на земле и в космосе
  • с поверхности земли на космический корабль или спутник
  • и наоборот, со спутника в космосе обратно на землю

Реальные проекты в наши дни

За все последние годы, согласно вышеприведенным технологиям, ученые пытались и пытаются реализовать всего два проекта.

Первый из них начинался очень обнадеживающе. В 2000-х годах на о.Реюньон, возникла потребность в постоянной передаче 10кВт мощности на расстояние в 1км.

Горный рельеф и местная растительность, не позволяли проложить там ни воздушные линии электропередач, ни кабельные.

Все перемещения на острове в эту точку осуществлялось исключительно на вертолетах.

Для решения проблемы в одну команду были собраны лучшие умы из разных стран. В том числе и ранее упоминавшиеся в статье, наши ученые из МГУ В.Ванке и В.Савин.

Однако в момент, когда должны были приступать к практической реализации и строительству передатчиков и приемников энергии, проект заморозили и остановили. А с началом кризиса в 2008 году и вовсе забросили.

На самом деле это очень обидно, так как теоретическая работа там была проделана колоссальная и достойная реализации.

Второй проект, выглядит более безумным чем первый. Однако на него выделяются реальные средства. Сама идея была высказана еще в 1968г физиком из США П.Глэйзером.

Он предложил на тот момент не совсем нормальную идею — вывести на геостационарную орбиту в 36000 км над землей огромный спутник. На нем расположить солнечные панели, которые будут собирать бесплатную энергию солнца.

Затем все это должно преобразовываться в пучок СВЧ волн и передаваться на землю.

Этакая «звезда смерти» в наших земных реалиях.

На земле пучок нужно поймать гигантскими антеннами и преобразовать в электричество.

Насколько огромны должны быть эти антенны? Представьте, что если спутник будет в диаметре 1км, то на земле приемник должен быть в 5 раз больше — 5км (размер Садового кольца).

Но размеры это всего лишь малая часть проблем. После всех расчетов оказалось, что такой спутник вырабатывал бы электричество мощностью в 5ГВт. При достижении земли оставалось бы всего 2ГВт. К примеру Красноярская ГЭС дает 6ГВт.

Поэтому его идею рассмотрели, посчитали и отложили в сторонку, так как все изначально упиралось в цену. Стоимость космического проекта в те времена вылезла за 1трлн.$.

Но наука к счастью не стоит на месте. Технологии совершенствуются и дешевеют. Сейчас разработку такой солнечной космической станции уже ведут несколько стран. Хотя в начале двадцатого века для беспроводной передачи электроэнергии хватало всего одного гениального человека.

Общая цена проекта упала от изначальной до 25млрд.$. Остается вопрос — увидим ли мы в ближайшее время его реализацию?

К сожалению никто вам четкого ответа не даст. Ставки делают только на вторую половину нынешнего столетия. Поэтому пока давайте довольствоваться беспроводными зарядками для смартфонов и надеяться что ученым удастся повысить их КПД. Ну или в конце концов на Земле родится второй Никола Тесла.

Статьи по теме

4 типа передачи энергии — механическая, электрическая, гидравлическая и пневматическая (за и против)

Метод передачи — это инженерный метод, который соответствует силовой машине и рабочей части машины с точки зрения конфигурации энергии, скорости движения и движения форма.

Из четырех основных типов трансмиссий (механических, электрических, гидравлических и пневматических), которые используются в настоящее время, ни одна из трансмиссий не идеальна.

Сегодня я поделюсь с вами преимуществами и недостатками четырех методов передачи.

Механическая коробка передач

01 Зубчатая передача

Зубчатая трансмиссия — это наиболее широко используемая форма трансмиссии в механических трансмиссиях.

Его трансмиссия более точная, высокая эффективность, компактная конструкция, надежная работа и длительный срок службы.

Зубчатые передачи можно разделить на множество различных типов в соответствии с различными стандартами.

Плюсы :

  • Компактная конструкция, подходит для передачи на короткие расстояния;
  • Широкий диапазон применимых периферийных скоростей и мощностей;
  • Передаточное отношение точное, стабильное и эффективное;
  • Высокая надежность и долгий срок службы;
  • Он может реализовать передачу между параллельной осью, пересекающейся осью под любым углом и смещенной осью под любым углом.

Минусы :

  • Высокая точность изготовления и монтажа и высокая стоимость;
  • Не подходит для передачи между двумя осями на большое расстояние;
  • Без защиты от перегрузки.

02 Турбо-вихревой привод

Подходит для движения и мощности между двумя осями с вертикальными и непересекающимися пространствами.

Плюсы :

  • Большое передаточное число;
  • Конструкция компактная.

Минусы :

  • Большая осевая сила
  • Легко нагревается
  • Низкий КПД
  • Только односторонняя передача.

Основные параметры турбинного привода:

  • Модуль упругости
  • Угол давления
  • Делительный круг червячной передачи
  • Делительный круг червячный
  • Ход поршня
  • Номер червячной передачи
  • Количество червячных головок
  • Передаточное число

03 Ременная передача

Ременный привод — это механическая передача, в которой используется гибкий ремень, натянутый на шкив для передачи движения или мощности.

Ременный привод обычно состоит из ведущего колеса, ведомого колеса и бесконечного ремня, натянутого на два колеса.

1) Для случая, когда направление параллельного вращения двух осей одинаково, это называется концепцией открывающего движения, межосевого расстояния и угла охвата.

2) Тип ремня можно разделить на три категории в зависимости от формы поперечного сечения: плоский ремень, клиновой ремень и специальный ремень.

3) В фокусе приложения:

  • расчет передаточного числа;
  • расчет напряжения ремня;
  • Допустимая мощность одинарного клинового ремня.

Плюсы и минусы ременной передачи :

Плюсов:

  • Применимый к трансмиссии с большим межосевым расстоянием между двумя валами, ремень имеет хорошую гибкость, может смягчать удары и поглощать вибрацию;
  • Скольжение при перегрузке для предотвращения повреждения других деталей;
  • Простая конструкция и невысокая стоимость.

Минусы:

  • Внешние размеры трансмиссии большие;
  • Требуется натяжное устройство;
  • Из-за проскальзывания фиксированное передаточное число не может быть гарантировано;
  • Ремень имеет короткий срок службы;
  • КПД трансмиссии низкий.

04 Цепной привод

Цепной привод — это метод передачи, в котором движение и мощность ведущей звездочки, имеющей особую форму зуба, передаются через цепь на ведомую звездочку, имеющую особую форму зуба.

В том числе:

  • активная цепь
  • приводная цепь
  • круговая цепь

Плюсы:

Цепные передачи имеют много преимуществ по сравнению с ременными передачами,

  • Явление неупругого скольжения и скольжения, точное среднее передаточное число, надежная работа и высокая эффективность;
  • Мощность передачи велика, устойчивость к перегрузкам высока, а размер передачи при тех же рабочих условиях невелик;
  • Требуемое натяжение небольшое, а давление, действующее на вал, небольшое;
  • Он может работать в суровых условиях, таких как высокие температуры, влажность, пыль и загрязнения.

По сравнению с зубчатой ​​передачей, цепной привод:

  • Низкие требования к производству и установке;
  • Когда межосевое расстояние велико, структура передачи проста;
  • Мгновенная скорость цепи и мгновенное передаточное число непостоянны, и передача менее стабильна.

Минусы:

Основными недостатками цепного привода являются:

  • Может использоваться только для передачи между двумя параллельными валами
  • Высокая стоимость
  • Легко изнашивается, легко растягивается, плохая устойчивость передачи
  • При эксплуатации возникают дополнительные динамические нагрузки, вибрация, удары и шум
  • Не следует использовать в быстром реверсивном приводе.

05 Колесный поезд

Трансмиссия, состоящая более чем из двух шестерен, называется колесной передачей.

В зависимости от того, есть ли движение оси в колесной передаче, зубчатую передачу можно разделить на обычную зубчатую передачу и планетарную зубчатую передачу.

Зубчатая передача, имеющая осевое движение в колесной передаче, называется планетарной передачей.

1) Колесный поезд делится на два типа: поезд с фиксированной осью и планетарный поезд.

2) Отношение угловой скорости (или скорости вращения) входного вала к выходному валу в цепи называется передаточным числом передачи. Он равен отношению произведения количества зубьев всех ведомых шестерен в каждой паре зацепляющих шестерен на количество зубьев всех ведущих шестерен.

3) В планетарной зубчатой ​​передаче шестерня, положение оси которой изменяется, то есть шестерня, которая одновременно вращается и вращается, называется планетарной шестерней, а шестерня с фиксированным осевым положением называется центральным колесом или солнцем. механизм.

4) Передаточное число планетарной зубчатой ​​передачи нельзя вычислить напрямую методом решения фиксированного передаточного числа осевой передачи. Метод относительного движения (или метод инверсии) должен использоваться для преобразования планетарной зубчатой ​​передачи в гипотетическую неподвижную ось с использованием принципа относительного движения.

Характеристики колесного поезда:

  • Подходит для передачи между двумя осями, которые находятся далеко друг от друга;
  • Может использоваться как трансмиссия для трансмиссии с регулируемой скоростью;
  • Можно получить большее передаточное число;
  • Добейтесь синтеза и разложения движения.

Электропривод

Электрический привод относится к использованию электродвигателей для преобразования электрической энергии в механическую, для привода различных типов производственного оборудования, транспортных средств и предметов, которые необходимо перемещать в жизни.

Высокая точность: Серводвигатель используется в качестве источника энергии, а шариковый винт и зубчатый ремень состоят из простого и эффективного передаточного механизма. Погрешность повторяемости 0,01%.Листогибочный пресс использует этот метод передачи.

Энергосбережение: Энергия, выделяемая в фазе замедления рабочего цикла, может быть преобразована в электрическую энергию для повторного использования, что снижает эксплуатационные расходы, а подключенное электрическое оборудование составляет только 25% силового оборудования, необходимого для гидравлического привода.

Точное управление: Точное управление в соответствии с заданными параметрами, с поддержкой высокоточных датчиков, измерительных устройств, компьютерных технологий, может значительно превзойти точность управления, которую можно достичь другими методами управления.

Защита окружающей среды: Благодаря сокращению энергопотребления и оптимальной производительности уменьшается источник загрязнения и снижается шум, что обеспечивает лучшую гарантию защиты окружающей среды на предприятии.

Снижение шума: Уровень шума при работе составляет менее 70 децибел, что составляет примерно 2/3 уровня шума машины для литья под давлением с гидравлическим приводом.

Экономия затрат: устранены затраты на гидравлическое масло и возникшие проблемы.Нет жесткой или мягкой трубы, нет необходимости охлаждать гидравлическое масло, а стоимость охлаждающей воды значительно снижается.

Пневматическая трансмиссия использует сжатый газ в качестве рабочего тела, а гидравлическая передача энергии или информации посредством давления газа.

Плюсов:

  • С воздухом в качестве рабочего тела, рабочее тело относительно легко получить, а использованный воздух выбрасывается в атмосферу, что удобно в обращении, и нет необходимости предоставлять рекуперированный топливный бак и трубопровод по сравнению с гидравлическая трансмиссия.
  • Поскольку вязкость воздуха очень мала (примерно одна десятитысячная вязкости гидравлического масла), его потери также невелики, поэтому удобно сосредоточить поставки газа и транспортировку на большие расстояния. Внешние утечки не так сильно загрязняют окружающую среду, как гидравлические приводы.
  • По сравнению с гидравлической трансмиссией, пневматическая трансмиссия отличается быстрым действием, быстрым откликом, простым обслуживанием, чистой рабочей средой и отсутствием ее ухудшения.
  • Производственная среда хорошо адаптируется, особенно к суровой рабочей среде, такой как легковоспламеняющиеся, взрывоопасные, пыльные, сильные магнитные поля, радиация, вибрация и т. Д., превосходит гидравлическое, электронное и электрическое управление.
  • Низкая стоимость, автоматическая защита от перегрузки.

Минусы:

  • Из-за сжимаемости воздуха рабочая скорость менее стабильна. Однако использование устройства газожидкостной связи дает удовлетворительные результаты.
  • Из-за низкого рабочего давления (обычно 0,31 МПа) и из-за того, что размер конструкции не должен быть слишком большим, общая выходная сила не должна превышать 10 ~ 40 кН.
  • Шум большой, и глушитель добавлен на время высокоскоростного выхлопа.
  • Скорость передачи газового сигнала в пневматическом устройстве ниже, чем скорость электронов и света в пределах скорости звука. Следовательно, пневматическая система управления не должна использоваться в сложных схемах со слишком большим количеством компонентных ступеней.

Гидравлическая трансмиссия

Гидравлическая трансмиссия — это метод трансмиссии, в котором в качестве рабочего тела используется жидкость для передачи энергии и управления.

Плюсов:

  • Со структурной точки зрения, выходная мощность на единицу веса и выходная мощность на единицу размера сжимаются под действием силы в четырех типах режимов передачи и имеют большое отношение момента и инерции. Объем гидравлической трансмиссии невелик при передаче одинаковой мощности. Легкий вес, низкая инерция, компактная конструкция и гибкая компоновка.
  • С точки зрения производительности, скорость, крутящий момент, мощность можно плавно регулировать, быстрая реакция, быстрая коммутация и переключение, широкий диапазон скоростей, диапазон скоростей от 100: 1 до 2000: 1; быстрое действие, управление и регулировка относительно просты, работа удобна и трудозатратна, а также удобно взаимодействовать с электрическим управлением и соединением с центральным процессором (компьютером) для облегчения автоматизации.
  • С точки зрения использования и обслуживания компоненты обладают хорошими самосмазывающимися свойствами, легко достигаются защиты от перегрузки и поддержания давления, безопасны и надежны; компоненты легко добиться сериализации, стандартизации и обобщения.
  • Все оборудование с гидравлической техникой безопасно и надежно.
  • Экономичность: Пластичность и вариативность гидравлической технологии очень сильны, что может повысить гибкость гибкого производства, а также легко изменить и отрегулировать производственный процесс.Гидравлические компоненты относительно недороги в производстве и обладают относительно высокой адаптируемостью.
  • Простая комбинация гидравлической технологии с новыми технологиями, такими как микрокомпьютерное управление, составляет интеграцию «машина-электрическая-гидравлическая-световая», которая стала тенденцией мирового развития и легко реализуется цифровизацией.

У всего есть две стороны, есть достоинства и недостатки. Гидравлические приводы не исключение:

Минусы:

  • Гидравлическая трансмиссия неизбежно протекает из-за относительной подвижной поверхности, и масло не является абсолютно несжимаемым.Кроме того, гидравлическая трансмиссия не может получить строгое передаточное отношение и, следовательно, не может использоваться в цепи трансмиссии станков, таких как резьбовые шестерни.
  • Имеются потери, такие как общие потери, локальные потери и утечки во время потока масла, а эффективность передачи низкая, что не подходит для передачи на большие расстояния.
  • В условиях высоких и низких температур гидравлическая трансмиссия испытывает определенные трудности.
  • Для предотвращения утечки масла и соответствия определенным требованиям к производительности гидравлические компоненты производятся с высокими требованиями к точности, что создает определенные трудности при использовании и техническом обслуживании.
  • Трудно проверить наличие неисправностей, особенно в агрегатах, где гидравлическая техника не пользуется популярностью. Это противоречие часто препятствует дальнейшему продвижению и применению гидравлической техники. Техническое обслуживание гидравлического оборудования требует определенного опыта, а обучение специалистов-гидротехников требует более длительного периода времени.

Поделиться — это забота!

10 Устройств передачи энергии, используемых в машиностроении

Введение в элементы передачи энергии

Существует множество способов хранения или выработки энергии, но все они бесполезны без передачи для передачи энергии от источника к месту, где она необходима. форма, в которой его можно использовать.Кроме того, базовые физические принципы выработки энергии и передачи показывают, что высокая скорость и низкий крутящий момент более эффективны, чем низкая скорость и высокий крутящий момент. Первый генерируется высоким напряжением и низким током, что более экономично, чем низкое напряжение и большой ток. И снова, для преобразования энергии в полезную форму часто требуется передача. Но какая комбинация элементов обеспечивает лучшее соотношение цены и качества? Например, как следует преобразовать высокоскоростное вращательное движение с низким крутящим моментом от двигателя в низкоскоростное линейное движение с большим усилием?

1.Шкивы:

Шкивы — одни из самых старых и наиболее распространенных элементов передачи энергии, но они требуют тщательного проектирования. Если ремень или трос движется вокруг неподвижного вала, трение между ремнем и валом может привести к снижению эффективности и быстрому износу троса. Шкив снижает эти эффекты при качении между кабелем и машиной, но он должен быть достаточного размера, обычно в 20 раз больше диаметра кабеля, чтобы предотвратить утомление жил кабеля.

Подробнее: Механические преимущества устройства — шкив, рычаг, шестерня, колесо

2.Лебедки
Лебедка — это устройство, используемое для управления натяжением и положением троса путем наматывания его на барабан. Лебедки являются одним из основных элементов кранов, поскольку они обеспечивают подъемную силу для крюка, а часто и для стрелы.

Устройства передачи мощности — лебедки

Лебедки также обычно используются для обеспечения тягового усилия для такого оборудования, как эвакуаторы. До появления гидравлики лебедки также были одним из основных средств приведения в действие строительной техники.Роботы, особенно те, которые используются на соревнованиях, могут использовать лебедку, чтобы подняться на крутой склон или развернуть стену.

3. Ремни и тросы
Ремни и тросы являются очень распространенными элементами передачи энергии, поскольку их эластичность позволяет им проходить через круглые объекты (шкивы), как правило, с высокой степенью эффективности. Термин «передача энергии» буквально означает, что выходная мощность устройства равна произведению эффективности и мощности, потребляемой устройством.Следовательно, проанализировать любую систему передачи энергии на самом деле так же просто, как отслеживать произведение скоростей и крутящих моментов (или сил) на КПД.

Ремни и кабели податливы по бокам, что позволяет избежать перекоса, поэтому они широко используются в автомобилях и офисном оборудовании. Во всех случаях ключевыми функциональными требованиями к ремню или кабелю являются передача растягивающих нагрузок и прохождение через шкив. Срок службы ремня или троса зависит от его предварительного натяжения, диаметра наименьшего шкива и предполагаемой нагрузки.Ключевой проблемой эффективности является минимизация контакта на разных диаметрах для предотвращения дифференциального скольжения между ремнем и шкивом.

Ремень с поперечным сечением должен быть выбран таким, чтобы выдерживать сумму напряжений от этих трех источников при сохранении желаемого уровня жесткости.
Кабель представляет собой гибкий растягивающийся элемент, элементы которого скручены вместе, так что все жилы разделяют нагрузку. Когда трос проходит по шкиву, пряди локально скользят друг по другу, поэтому напряжение изгиба в любой отдельной пряди намного ниже, чем если бы сплошной стержень того же диаметра был согнут над шкивом.Однако скольжение рассеивает энергию, поэтому кабельные приводы используются в основном в низкоскоростных приложениях. Нагрузка, которую могут нести тросы, зависит от предварительного натяжения, коэффициента трения между тросом и шкивом и угла намотки. Следовательно, шкив действует как вращающийся шпиль.

Ремень может иметь разные формы, но тремя основными типами являются: плоский, зубчатый и клиновидный. Плоские ремни передают нагрузку за счет предварительного натяжения, и, как и в случае с тросами, шкивы действуют как кабестаны.

Подробнее: Типы ременных приводов, используемых для передачи энергии и промышленного использования

4. Шестерни

Шестерни используются для передачи движения от одного вала к другому или между валом или ползуном. Это достигается путем последовательного зацепления зубьев. Существует много типов шестерен, таких как прямозубые, косозубые, конические, червячные, зубчатые рейки и т.д. и Заявление

5.Цепи и звездочки

Цепи часто используются для передачи очень больших усилий и крутящих моментов относительно их размера. Существует много различных типов цепей, и одним из наиболее распространенных типов является роликовая цепь, в которой используются металлические звенья, соединенные между собой штифтами и разнесенные втулками. Звездочки, зубчатые колеса, которые представляют собой шестерню особой формы, механически сцепляются с цепью, поэтому проскальзывание не происходит. Соответственно, цепи чрезвычайно универсальны. Они могут использоваться для передачи энергии между двумя вращающимися валами, а также могут использоваться для преобразования вращательного движения в линейное или для обеспечения линейного движения в линейное движение.Цепь и звездочка устройств передачи энергии

Звездочки доступны во многих различных размерах. Инструмент для прерывания цепи используется для выдавливания штифтов из втулок, чтобы можно было сделать цепь нужной длины, а затем снова соединить с помощью главных звеньев. Также могут быть получены различные специальные типы звеньев, чтобы другие элементы можно было более легко прикрепить к цепи. Режущие зубья тоже можно прикрепить, как в цепной пиле. Все они доступны в каталогах.

Подробнее: Механические приводы — ремни, цепи, шестерни | Преимущества и недостатки

6.Колеса

Колесо и ось — одна из шести простых машин, идентифицированных учеными эпохи Возрождения на основе греческих текстов по технике. Колесо и ось состоят из колеса, прикрепленного к меньшей оси, так что эти две части вращаются вместе, при этом сила передается от одной к другой. Шарнир или подшипник поддерживает ось, позволяя вращаться. Он может усиливать силу; небольшая сила, приложенная к периферии большого колеса, может перемещать большую нагрузку, прикрепленную к оси.

7.Кулачки и толкатели
Кулачок — это элемент машины, за выступами особой формы которого следует толкатель кулачка, который заставляет профиль кулачка придавать другому объекту. Обычно применяется в двигателе внутреннего сгорания, где кулачок приводится в движение цепью или ремнем, соединенным с коленчатым валом. Таким образом, кулачки синхронизируются с вращением коленчатого вала для открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов по мере необходимости. Форма выступа кулачка определяет не только то, когда клапан открывается, но и то, как быстро и как долго он остается открытым, что называется временем задержки.В современном двигателе с верхним расположением распредвала кулачок толкает толкатель кулачка, который толкает шток клапана. Клапан удерживается в нормально закрытом положении пружинами клапана, которые через цепочку элементов заставляют толкатель кулачка оставаться в контакте с кулачком и удерживать клапан в нормально закрытом положении.

Подробнее: Типы кулачков и толкателей — Основы теории станка

8. Валы
Валы могут показаться относительно безопасными элементами станка, но они часто подвергаются большим циклическим изгибающим и скручивающим нагрузкам.Также существует множество различных компонентов, которые можно прикрепить к ним множеством различных способов. Кроме того, для уменьшения потерь на трение в подшипниках желательно минимизировать диаметр вала. Все эти факты в совокупности делают конструкцию вала одним из наиболее сложных аспектов проектирования машин. Первым шагом при проектировании вала является оценка изгибающих и скручивающих нагрузок на вал. Изгибающие нагрузки могут быть определены из диаграммы свободного тела предлагаемой системы, обращая внимание на то, где вал поддерживается в подшипниках, и независимо от того, действуют ли опорные точки как просто поддерживаемые ограничения или ограничения, поддерживающие момент.

9. Муфты
Муфты необходимы между поворотными и поступательными приводами и ведомыми компонентами, поскольку приводы предназначены для перемещения с одной степенью свободы (линейной или поворотной), но они никогда не могут быть идеально выровнены. Когда компонент перемещается, он не всегда будет совмещен с приводом. Произведение чистой разницы в движении на жесткость соединения между двумя системами дает силу смещения, действующую на привод. Если используется жесткая муфта, силы могут быть чрезвычайно высокими, и что-то, обычно подшипники, должны отказывать, и вскоре они выйдут из строя.Кроме того, в процессе может быть израсходована значительная часть мощности системы. Когда муфта идеальна и ограничивает намеченное движение с незначительным эффектом (жесткостью) на всех других осях, она считается невлияющей на муфту

10. Сцепления и дифференциалы
Муфты и дифференциалы очень важны для передачи. компоненты, работа которых обычно прозрачна для пользователя, пока они не понадобятся. Сцепление обычно ведет себя как жесткий элемент до тех пор, пока не будет превышен определенный крутящий момент, а затем оно проскальзывает.

Стандартный или «открытый» дифференциал выравнивает крутящий момент на двух выходных валах, ограничивая при этом сумму их вращательных смещений равной входному вращательному смещению.

Сачин Торат

Сачин получил степень бакалавра технических наук в области машиностроения в известном инженерном колледже. В настоящее время он работает дизайнером в индустрии листового металла. Кроме того, он интересовался дизайном продуктов, анимацией и дизайном проектов. Он также любит писать статьи, относящиеся к области машиностроения, и пытается мотивировать других студентов-механиков своими инновационными проектными идеями, дизайном, моделями и видео.

Недавние публикации

ссылка на гидравлические уплотнения — определение, типы, схемы, функции, неисправности, применение ссылка на слоттер — типы, детали, операции, схемы, спецификации

Введение в приводные ремни, используемые в промышленности HVAC-R

22 мая, 2019

Типы передачи энергии

Сегодня в промышленности широко используются различные типы устройств передачи энергии. Среди них, например, широко используются цепи, шестерни, клиновые и синхронные ремни.Основное внимание в этом упражнении будет уделено общему введению в резиновые приводные ремни, в частности, клиновые и синхронные ремни, используемые в отрасли отопления, вентиляции, кондиционирования и охлаждения (HVAC-R).

Ремень трансмиссии

Основная функция ремня — просто передавать вращение от ведомого ведущего шкива на один или несколько ведомых шкивов. Ремень должен быть спроектирован таким образом, чтобы он мог эффективно и надежно передавать этот крутящий момент.Как правило, наиболее экономичный компонент системы, ремни также могут действовать как «предохранитель», проскальзывая или ломаясь при пиковой или ударной нагрузке, например, когда привод застревает в мусоре, что может защитить более дорогие компоненты. система.

Преимущества приводных ремней
  • Самые дешевые средства передачи мощности
  • Возможность работы в широком диапазоне скоростей и межосевое расстояние между приводным и ведомым валом
  • Тихая и чистая работа
  • Не требует смазки, как цепи, шестерни и редукторы
  • Способен поглощать ударные нагрузки и пульсации
  • Может использоваться для специальных применений, таких как сцепление и регулировка скорости
Два основных типа приводных ремней

Существует два основных типа приводных ремней.Это клиновой ремень и синхронный ремень (также обычно называемый ремнем ГРМ).

Терминология

Термины «шкив» для клиноременных приводов и «звездочка» для синхронных приводов и «шкив» (для всех приводов) обычно используются в отношении «колес», используемых для соединения ремня между приводным и ведомым агрегатами различных типов. ременных передач. Международная организация по стандартизации (ISO) использует термин шкивы для всех приводов, будь то клиноременные или синхронные.

Ремень клиновой

Клиновой ремень — это фрикционное устройство, работающее по принципу клина.Он основан на натяжении, создающем трение о боковую стенку шкива для передачи мощности. Он не синхронный и допускает проскальзывание. Проскальзывание может быть желательным и запланированным в конструкции привода. Например, в вентиляторе, где ремень должен проскользнуть, а не порвать ремень или согнуть вал, если лезвие касается чего-либо или заблокировано. Клиновые ремни — это самый простой ремень, используемый для передачи энергии, и, вообще говоря, они также являются наиболее экономичными.

Характеристики клинового ремня
  • Дешевле, чем другие формы передачи энергии
  • Пуск, остановка и плавный ход
  • Работают бесшумно и без смазки
  • Поглощение нежелательной и вредной вибрации
  • Чистый и требует минимального обслуживания
  • Прочный и долговечный
  • Поддерживает широкий диапазон скоростей
  • Охватывает чрезвычайно широкий диапазон мощности
  • Простота установки и простота замены
  • Относительно не подвержен воздействию влаги, абразивной пыли или резких перепадов температуры
В промышленности обычно используются два типа конструкции клинового ремня:
  • Обернутый клиновой ремень — имеет защитную тканевую оболочку и допускает некоторое проскальзывание в ситуациях с пиковым крутящим моментом.Проскальзывание может быть полезным в некоторых приводах, чтобы избежать повреждения ремня и других компонентов привода
  • Клиновой ремень с необработанной кромкой — имеет ткань сверху и снизу, но не имеет ткани на сторонах с необработанной кромкой. Эта конструкция противостоит проскальзыванию за счет лучшего сцепления с боковыми стенками шкива благодаря открытой резиновой боковой стенке, которая не имеет ткани, как обернутый клиновой ремень. Это выгодно в приводах, где требуется минимальное проскальзывание, максимальная эффективность и передача мощности. Он по-прежнему допускает проскальзывание, но более устойчив к проскальзыванию, чем обернутый клиновой ремень.
Типы и размеры клиновых ремней
Клиновые ремни

бывают самых разных размеров и длин. Их идентифицируют по разному поперечному сечению и длине. Типичные типы, используемые в индустрии HVAC-R, перечислены в таблице ниже.


Ремень синхронный

Синхронный ремень, или ремень ГРМ, является устройством принудительного зацепления и основан на точном зацеплении зубьев ремня с канавками звездочки. Не допускает проскальзывания. Есть приводы, где проскальзывание может привести к повреждению, и его необходимо предотвратить.Например, клапанный механизм некоторых двигателей внутреннего сгорания. Если привод не поддерживает синхронную работу, поршень может коснуться и повредить клапаны. Преобразование клиноременной передачи системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в синхронный ремень — это способ добиться значительного повышения эффективности и, как следствие, экономии энергии.

Используйте синхронный ременной привод, когда:

  • Высокий КПД механического привода и экономия энергии являются приоритетом
  • Требуется синхронная передача и точное позиционирование между валами
  • Низкие эксплуатационные расходы — приоритет
  • Высокий крутящий момент, низкие обороты
  • Требуется компактная компоновка привода
  • Требования к низкому уровню шума (по сравнению с цепью и шестернями)
  • Проблемы с окружающей средой или загрязнением (смазка не требуется, например, для цепи)
Клиновой ремень со съемным выступом типа Link
Клиновой ремень со съемным выступом

— идеальная альтернатива обычным резиновым клиновым ремням во многих областях применения.Сделанный бесконечным вручную без использования инструментов, открытый отрезок ремня можно собрать из выступов (например, звеньев в цепи) и обернуть вокруг шкивов в труднодоступных местах, что обеспечивает быструю замену ремня.

  • Для использования в приложениях, где сложно установить бесконечный обычный клиновой ремень, что позволяет избежать дорогостоящей и трудоемкой разборки машины.
  • Идеально подходит для использования на мобильных служебных автомобилях, где перевозка большого количества клиновых ремней нецелесообразна. Длинный рулон клинового ремня со съемным лепестковым соединением можно носить на транспортном средстве, и можно изготовить ремень любой длины, в отличие от большого количества клиновых ремней обычных размеров.Исключает возможность «выйти» из нужного размера.
  • Может использоваться как с одиночными, так и с несколькими клиноременными передачами. Широко используется в HVAC, птицеводстве, сельском хозяйстве и общей промышленности.
  • Увеличение количества звонков в день для мобильных сервисных автомобилей (снижение затрат на рабочую силу и командировок на поиск подходящего клинового ремня)
  • Меньше вибрации и шума, чем у обычных клиновых ремней

Взгляд на технологию ремней, цепей и зубчатых передач

Джек Уорнер

Потребность в производстве большего количества энергии возрастает с ростом нашей потребности в коммерческих, промышленных и жилых помещениях.Согласно недавнему отчету, только в Северной Америке (включая США, Канаду и Мексику) рынок передачи электроэнергии оценивается в колоссальные 70,4 миллиарда долларов.

На любом промышленном предприятии турбины и двигатели используются для создания вращательного механического движения для выполнения различных задач. Рынок промышленной передачи энергии работает с базовыми продуктами с открытым приводом, такими как ременные передачи, цепные передачи, зубчатые передачи, и каждая из них имеет свой набор преимуществ и недостатков.В этом посте мы рассмотрим плюсы и минусы этих компонентов технологии передачи энергии.

  1. Ременная техника

Одно из самых распространенных устройств, ременные передачи, используются для передачи движения от одного вала к другому с помощью тонкой нерастяжимой ленты, проходящей через два шкива. По сути, это петля из гибкого материала, которая механически связывает вращающиеся валы.

На рынке доступны различные типы ременных приводов, такие как плоский ремень, клиновой ремень, канатный привод и зубчатый ремень.Важно выбрать правильный тип ременной передачи в зависимости от:

  • Передаваемая мощность
  • Направление движения ремня
  • Скорость вала и соотношение скоростей
  • Условия эксплуатации
  • Расстояние между валами и доступное пространство

Независимо от типа используемого ременного привода, эта технология обеспечивает плавную и эффективную передачу мощности между валами, даже если они находятся на значительном расстоянии.Эта технология используется, когда вам нужно передать вращательное движение между двумя параллельными валами. Это самый дешевый способ передачи энергии.

К преимуществам ременной передачи относятся:

  • Ременные приводы экономичны. Эффективность нового ременного привода может достигать 95-98 процентов
  • Они просты в использовании
  • Ременные передачи не требуют параллельного вала
  • Имеют низкую стоимость обслуживания
  • Поставляются с защитой от перегрузки и заклинивания
  • С помощью ступенчатых или конических шкивов можно получить разные скорости
  • Когда расстояние между валами очень велико, ременные передачи являются наиболее экономичным вариантом
  • Глушитель шума и вибрации
  • Колебания нагрузки амортизируются, что увеличивает срок службы оборудования
  • Действие сцепления можно активировать, ослабив натяжение ремня

Однако ленточная технология также имеет определенные недостатки .Это:

  • Ременные передачи не компактные
  • Ограниченная скорость около 35 метров в секунду
  • По сравнению с другими режимами передачи энергии, они имеют короткий срок службы
  • Обычно его рабочие температуры ограничиваются от –35 до 85 ° C
  • Угловая скорость ременных передач непостоянна. Это приводит к растяжению, скольжению и износу ремня
  • .
  • Имеет ограниченную передачу мощности до 370 кВт, что увеличивает тепловыделение.
  • Ременные передачи обычно создают большую нагрузку на валы и подшипники
  • Для компенсации износа и растяжения им дополнительно требуется натяжной шкив или некоторая регулировка межосевого расстояния
  • Соотношение скоростей меняется из-за проскальзывания ремня
  1. Технологии цепей

Как следует из названия, цепные приводы имеют бесконечный ряд звеньев цепи с сеткой из зубчатых звездочек.В отличие от ременных передач, в цепной технике отсутствует проскальзывание. Однако они в основном подходят для небольших межосевых расстояний, обычно до 3 метров. В некоторых особых случаях цепные приводы могут преодолевать расстояние до 8 метров.

Эта технология используется для выполнения трех основных функций. Это:

Мощность передачи: Они могут передавать мощность (скорость и крутящий момент) от одного компонента к другому с помощью связанной цепи и звездочек. Цепные приводы могут передавать большой крутящий момент даже в компактном пространстве.

Транспортировка материалов: Они могут перемещать, переносить, сдвигать, толкать и тянуть различные материалы, прикрепляя к цепям ведра, рамы, карманы или сетки. Их часто используют для поворота роликов для перемещения конвейерной ленты.

Цели хронирования: Многие отрасли используют их для синхронизации или движения во времени.

Как и любой другой тип систем механической трансмиссии, цепные приводы также имеют ряд преимуществ и недостатков. К преимуществам относятся:

  • Положительные приводы без проскальзывания и проскальзывания
  • В отличие от ременных передач угловая скорость в цепных передачах остается постоянной.
  • Передаточное число до 8: 1
  • Обеспечивает высокое передаточное число от 8 до 10 за один шаг
  • Высокоэффективный цепной привод дает преимущество большей мощности по сравнению с ремнями
  • Может использоваться как для малых, так и для больших межосевых расстояний
  • Цепные приводы имеют низкую стоимость обслуживания
  • Они обеспечивают высокий КПД передачи до 98 процентов
  • Могут работать даже во влажных условиях
  • Более компактный и простой в установке по сравнению с ременным приводом
  • Цепные приводы не изнашиваются под воздействием солнечного света, масла, смазки или возраста
  • Более низкая нагрузка на вал, чем ременные передачи

Недостатки цепных передач

  • Начальная стоимость установки выше ремня
  • Себестоимость также относительно выше
  • Цепные приводы требуют регулярной смазки
  • Приводной и ведомый валы должны быть точно выровнены и параллельны
  • Они могут иметь колебания скорости при чрезмерном растяжении
  • Не подходит для применений, где необходимо проскальзывание привода
  • Цепные приводы издают шум и могут вызывать вибрацию
  • Имеют меньшую грузоподъемность и срок службы по сравнению с зубчатыми передачами
  1. Gear Technology

В мире механической передачи энергии зубчатые передачи занимают особое и видное место.Это наиболее предпочтительная технология, когда вам нужно передать значительную мощность на короткое расстояние с постоянным соотношением скоростей. Механизм зубчатых передач довольно прост — зубья, нарезанные на заготовках шестерни, сцепляются друг с другом для передачи мощности. Во избежание скольжения выступы на одном диске зацепляются с выемками на другом диске в зубчатых передачах.

В этой технологии используются разные типы шестерен для передачи энергии. Фактически, он может передавать мощность не только между параллельными валами, но также между непараллельными, копланарными, пересекающимися и т. Д.валы.

Ниже приведены преимущества зубчатых передач:

  • Приводы положительные и нескользящие
  • Большое и постоянное передаточное число 60: 1 может быть получено при использовании зубчатых передач с минимальным пространством
  • Зубчатые передачи обладают механической прочностью, что позволяет поднимать большие грузы с помощью тележки
  • Более длительный срок службы по сравнению с ременной и цепной передачей
  • Могут передавать большую мощность
  • Зубчатые передачи имеют высокий КПД передачи
  • Они могут передавать движение на небольшом межосевом расстоянии валов
  • Эти приводы идеальны для передачи малой, средней и большой мощности
  • Шестерни могут передавать движение даже между непараллельными пересекающимися валами
  • Это самые компактные по сравнению с ременной и цепной передачей

К сожалению, зубчатые передачи тоже имеют определенные недостатки :

  • Зубчатые передачи нельзя использовать для валов с большим межосевым расстоянием
  • Они не идеальны для больших скоростей
  • Эти приводы требуют регулярной смазки и более сложного процесса ее нанесения
  • Шум и вибрация увеличиваются на высокой скорости
  • Они менее экономичны по сравнению с ременными и цепными передачами
  • Использование нескольких передач увеличивает общий вес машины
  • У них нет гибкости
  • Не подходит для передачи движения на большое расстояние
  • Зубчатое колесо шестерен может привести к необратимому повреждению какой-либо части станка.Это чаще встречается в случае чрезмерной нагрузки

Заключение

Энергия необходима для привода машин и оборудования различного назначения. В разных отраслях промышленности используются разные продукты для передачи энергии, а иногда и их комбинация для удовлетворения своих потребностей. Поэтому, если кто-то спросит, какая технология передачи мощности является лучшей, будет несложно выбрать один из них, поскольку у этих приводов есть свои плюсы и минусы.Таким образом, единственным определяющим фактором должна быть задача, которую необходимо решить с помощью технологии передачи энергии. И, конечно, бюджет тоже.

Об авторе: Джек Уорнер — технический энтузиаст, который любит быть в курсе последних норм в мире технологий. Он пишет для Power Jack Motion, компании, которая производит и поставляет компоненты управления движением.

Transmission Device — обзор

6.2.1 Обработка временной переменной

Для прогнозирования характеристик систем, состоящих из одного или нескольких преобразователей энергии, накопителей и передающих устройств, может быть построена математическая модель потока энергии. Такая модель состоит из ряда уравнений преобразования и переноса энергии, включая параметры источника и стока, соответствующие входу возобновляемой энергии и выходу в области нагрузки, которые изменяются со временем. Процессы преобразования зависят от природы отдельных устройств и описания таких устройств (см.Глава 4) направлена ​​на предоставление необходимых формул для достаточно полного описания задействованных процессов. В ряде случаев (например, среди рассмотренных в главе 4) изучается только установившаяся ситуация, и выходы энергии рассчитываются для заданного уровня входящей энергии. В ситуации, зависящей от времени, этого типа расчета недостаточно, и необходимо ввести динамическое описание, чтобы оценить время отклика и задержку потока энергии через преобразователь (см.например раздел 4.4.1). Аналогичные замечания относятся к описанию систем хранения, и, наконец, сеть передачи вводит дополнительную временную зависимость и определенную задержку в потоке энергии, достигающем зон нагрузки. Сеть передачи часто имеет форму трубопроводов, по которым проходит поток некоторой текучей среды (например, природного газа, водорода или горячей воды), или электрического проводника, по которому проходит поток электрического тока. Дополнительная транспортировка энергии может осуществляться в контейнерах (например, нефтепродукты или метанол, перевозимые в качестве морского, железнодорожного или автомобильного груза).

Чтобы решить проблемы, которые можно решить, в большинстве случаев необходимо упростить временную зависимость для некоторых частей системы. Во-первых, в некоторых случаях могут быть исключены краткосрочные колебания потока энергии источника. Это, безусловно, возможно, если само преобразовательное устройство нечувствительно к колебаниям достаточно высокой частоты. Это могло произойти из-за инерции вращающейся массы преобразователя энергии ветра или постоянной времени изменения температуры в пластине абсорбера (а также в циркулирующей жидкости) солнечного коллектора тепла.Это также может быть правильным приближением, если краткосрочные изменения потока энергии от источника можно рассматривать как случайные, и если система сбора состоит из большого количества отдельных блоков, размещенных таким образом, чтобы не было согласованности в флуктуирующих входных сигналах. можно ожидать.

Во-вторых, характеристики устройств преобразования часто можно адекватно описать в терминах квазистационарного приближения. Это состоит из расчета мгновенного выхода энергии из преобразователя на основе мгновенного входа энергии, как если бы этот входной поток был постоянным, т.е.е. выполнение стационарного расчета для каждого момента времени. Это исключает оценку возможной временной задержки между входным и выходным потоками. Если прочное механическое соединение передает энергию через преобразователь (например, соединения ротор-вал-редуктор-электрогенератор в преобразователе энергии ветра с горизонтальной осью), пренебрежение временными задержками является значимым приближением. Это также может быть применимо для многих случаев нежесткого переноса (например, текучей средой), если краткосрочные корреляции между потоком источника и вариациями нагрузки не являются существенными (что они редко связаны с возобновляемыми источниками энергии).По той же причине временными задержками передачи часто можно пренебречь. Поток, полученный в точках нагрузки, может быть задержан на секунды или даже минуты относительно исходного потока, не влияя ни на один из соответствующих критериев производительности системы.

С другой стороны, задержки, вызванные наличием в системе накопителей энергии, являются существенными особенностями, которыми нельзя и не следует пренебрегать. Таким образом, запоминающие устройства должны характеризоваться зависящим от времени уровнем запасенной энергии, а входной и выходной потоки, как правило, не будут идентичными.Количество энергии W ( S i ), накопленное в накопителе S i , можно определить из дифференциального уравнения вида

(6.1) dW (Si) dt = ∑jEji− + ∑kEik −− Eiloss,

или из соответствующего интегрального уравнения. Отдельные члены в двух выражениях, включающих суммирование в правой части (6.1), представляют потоки энергии от преобразователей к запоминающим устройствам и от них. Срок потерь Eiloss может зависеть от входящих и исходящих потоков и от абсолютного количества энергии, хранящейся в рассматриваемом накопителе, Вт ( S i ).

На практике моделирование выполняется путем вычисления всех соответствующих величин для дискретных значений временной переменной и определения содержания накопленной энергии путем замены интеграла по времени (6.1) суммированием по рассматриваемым дискретным моментам времени. Эта процедура хорошо согласуется с «приближением квазистационарного состояния», которое на каждом шаге интегрирования позволяет вычислять выходы преобразователя (некоторые из которых служат в качестве входов накопителя Eji +) для заданных входов возобновляемой энергии, а также позволяет вычислять процессы преобразования, связанные с хранилищами, и потоки энергии Eij-, которые должны быть извлечены из устройств хранения, чтобы удовлетворить потребности в зонах загрузки.Если пренебречь временем, необходимым для преобразования и передачи, для каждого шага интегрирования по времени можно выполнить закрытый расчет. Взаимозависимость входов и выходов накопителя, а также первичного преобразования от системных переменных в целом (например, зависимость производительности коллектора от температуры накопителя для плоского солнечного коллектора) может привести к довольно сложным расчетам на каждом временном шаге, например: решение нелинейных уравнений итерационными процедурами (раздел 4.2.1).

Если конечными временами передачи нельзя пренебречь, они могут быть включены в первом приближении путем введения простых постоянных задержек, так что оценки на временном шаге мес. зависят от значений определенных системных переменных на более ранних временных шагах, m — d , где d — задержка в единицах временных шагов.Временные шаги не обязательно должны быть одинаковой длины, но могут быть последовательно оптимизированы для получения желаемой точности с минимальным количеством временных шагов стандартными математическими методами (см., Например, Patten, 1971, 1972).

Целью моделирования может быть оптимизация производительности или компоновки системы. В первом случае предполагается, что компоненты системы фиксированы, и оптимизация направлена ​​на поиск наилучшей стратегии управления, то есть определение того, как лучше всего использовать имеющуюся систему («оптимизация диспетчеризации»).В системе преобразования с несколькими входами и выходами это включает в себя выбор, какой из нескольких преобразователей использовать для удовлетворения каждой нагрузки, и настройку входов преобразователей в тех случаях, когда это возможно (например, биотопливо и гидроэлектростанции на основе водохранилищ в отличие от ветровых и солнечная радиация). Для оптимизации системы структура системы преобразования также может быть изменена с учетом временных задержек при внедрении изменений, и производительность в течение некоторого длительного периода может быть предметом оптимизации.Для простых систем (без множества входов или выходов от устройств) линейное программирование может обеспечить гарантированное оптимальное распределение существующих блоков, но в общем случае невозможно доказать существование оптимума. Тем не менее, есть систематические способы подхода к проблеме оптимизации, например с помощью метода наискорейшего спуска для нахождения наименьшего минимума сложной функции в сочетании с некоторой схемой, позволяющей избежать неглубоких вторичных минимумов функции, которую необходимо минимизировать (Sørensen, 1996a).

Учебник по оборудованию передачи энергии

Содержание

Глава 1. Ременные передачи

Темы: Ремни клиновые; Ремни ГРМ и плоские ремни; Связки; Шкивы; Установка

Цели обучения:

  • Перечислите факторы, влияющие на мощность, передаваемую ременным приводом.
  • Назовите основные компоненты ременной передачи.
  • Перечислите стандартные обозначения клиновых ремней.
  • Объясните причину использования групповых ремней.
  • Описать процедуры установки и замены клиновых ремней

Глава 2. Цепные приводы

Темы: Терминология; Роликовые, двухшаговые, листовые и бесшумные цепи; Литые приводные цепи; Звездочки; Установка

Цели обучения:

  • Объясните разницу между цепными и ременными передачами в передаче мощности.
  • Объясните, как работает привод роликовой цепи.
  • Опишите конструкцию офсетной роликовой цепи.
  • Объясните различия между типами звездочек A, B и C.
  • Перечислите этапы установки цепного привода.

Глава 3. Зубчатые колеса

Темы: Определения зубчатых колес и приводы; Контур и диаметральный шаг зуба; Прямозубые, косозубые, одно-, двухзаходные, елочные, конические и червячные передачи; Техническое обслуживание

Цели обучения:

  • Определите следующие термины, используемые для описания зубчатых передач: делительная окружность, делительный диаметр, рабочая глубина, поверхность зуба, боковая поверхность зуба.
  • Рассчитайте диаметральный шаг шестерни.
  • Перечислить достоинства и недостатки косозубых шестерен.
  • Объясните различия между шестернями типа «елочка» и косозубыми шестернями с двойным нарезанием.
  • Определите следующие термины, используемые при обсуждении червячных передач: шаг червяка, угол упора червяка, нормальный шаг червяка, осевой шаг червяка.

Глава 4. Зубчатые передачи

Темы: Приводы с червячной передачей на валу; Митра-редукторы; Установка зубчатой ​​передачи, обслуживание и определения; Концентрические, параллельные, прямоугольные зубчатые передачи с вертикальным валом

Цели обучения:

  • Объясните, как можно получить дополнительное снижение скорости с помощью зубчатых передач, установленных на валу.
  • Описать червячный привод и угловой редуктор.
  • Дайте общее описание установки и обслуживания зубчатого привода.
  • Определите механическую мощность, тепловую мощность и перегрузочную способность.
  • Объясните, от чего зависит коэффициент использования зубчатой ​​передачи.
  • Описать зубчатую передачу с концентрическим валом и зубчатую передачу с прямоугольным валом.
  • Объясните, как смазываются зубчатые передачи с параллельными валами.

Глава 5: Приводы с регулируемой скоростью

Темы: Ременные и дисковые приводы с регулируемой скоростью, роликовые, гидравлические и электрические приводы с регулируемой скоростью

Цели обучения:

  • Определить основные критерии выбора регулируемых приводов для промышленных предприятий.
  • Объясните принцип работы ременного привода с регулируемой скоростью.
  • Опишите, как управлять частотно-регулируемыми приводами.
  • Опишите ремни и цепи, используемые для частотно-регулируемых приводов.
  • Объясните, как работает роликовый регулируемый привод.

Глава 6: Центровка валов

Темы: Геометрия центровки валов; Подготовка; Обратно-индикаторный метод; Выравнивание нескольких машин; Центровка торцевого обода, большой пролет и лазерная центровка

Цели обучения:

  • Определите корректировки, необходимые для центровки двух машин, используя метод обратного индикатора.
  • Определите корректировки, необходимые для выравнивания двух машин, используя метод индикатора торцевого обода.
  • Определите корректировки, необходимые для выравнивания трех машин по общей средней линии.
  • Определите корректировки, необходимые для центровки двух машин, разделенных длинным плавающим валом.
  • Укажите по крайней мере три преимущества использования лазерного юстировочного оборудования по сравнению с циферблатными индикаторами.

Глава 7: Устройства муфты валов

Темы: Цельнолитые, кулачковые, из литой резины, цепь, шестерня, металлический диск, срезной штифт, ограничение крутящего момента, тормозное колесо, плавающий вал, распорная втулка, с изоляцией, и другие муфты

Цели обучения:

  • Перечислите три функции, обычно выполняемые муфтой.
  • Опишите два типа кулачковых муфт.
  • Название приложения для литых резиновых муфт.
  • Укажите преимущества цепных муфт.
  • Объясните принцип действия муфты со срезным штифтом.
  • Опишите муфту ограничения крутящего момента.
  • Назовите приложение, в котором используется плавающий вал.
  • Опишите поплавковую муфту с ограниченным концом.
  • Перечислите преимущества и недостатки проставочных муфт.

Глава 8: Муфты и тормоза

Темы: Зубчатые, фрикционные, ограничивающие крутящий момент, зубчатые, центробежные, обгонные, электрические и жидкостные муфты; Фрикционный башмак, диск, электрические тормоза

Цели обучения:

  • Объяснить назначение сцепления.
  • Опишите работу фрикционной муфты.
  • Объясните необходимость обгонных муфт.
  • Назовите хотя бы одно приложение для электрического сцепления.
  • Объясните, как работает гидравлическое сцепление.

Передача мощности — обзор

16.2.2 Управление мощностью

Мощность передачи — это основная область, где существует зависимость между группами ячеек на физическом уровне. Хотя настройка мощности индивидуальна для каждой группы ячеек, правила определяют максимальную мощность передачи для каждого устройства и, следовательно, создают зависимость между группами ячеек, когда дело доходит до разделения мощности.Таким образом, когда устройство достигает максимальной мощности передачи, возникает необходимость масштабировать мощность отдельных каналов в различных группах ячеек. Это может показаться простым, но тот факт, что группы ячеек могут быть несинхронизированными, усложняет картину. Для данной группы ячеек изменения мощности передачи должны происходить только на границах подкадра, поскольку приемник может предполагать, что мощность передачи постоянна по подкадру.

Случай синхронной передачи, показанный слева на Рисунке 16.6, все границы подкадра выровнены по группам ячеек. При установке мощности передачи для подкадра m в группе главных ячеек активность в перекрывающемся подкадре во вторичной группе ячеек известна, и масштабирование мощности передачи для различных каналов является простым. Кроме того, изменения мощности передачи происходят только на границах подкадра.

Рисунок 16.6. Синхронная и асинхронная работа.

Асинхронный случай, показанный справа на рисунке 16.6, более сложный. В качестве примера рассмотрим главную группу ячеек (ситуация аналогична для вторичной группы ячеек). Доступная мощность передачи в подкадре m основной группы ячеек теперь может зависеть от двух подкадров во вторичной группе ячеек, текущего подкадра n и будущего подкадра n +1.

Поскольку установка мощности для основной группы ячеек может быть выполнена только на соответствующих границах подкадра, необходим некоторый запас для того, что может произойти во вспомогательной группе ячеек.

Принимая во внимание ситуацию, описанную ранее, определены два метода разделения мощности передачи между группами ячеек. В основном они различаются тем, выполняется ли масштабирование в случае ограничения мощности для всех ячеек во всех группах ячеек или отдельно для каждой группы ячеек. Используемый режим управления мощностью конфигурируется сигнализацией RRC.

Режим управления мощностью 1 с двойным подключением масштабирует мощность по группам ячеек, как показано слева на рисунке 16.7. В случае ограничения мощности мощность передачи масштабируется по всем сотам, независимо от группы, к которой они принадлежат, таким же образом, как и при агрегации несущих.Единственным исключением является то, что управляющая информация восходящей линии связи в основной группе ячеек имеет приоритет над управляющей информацией восходящей линии связи во вторичной группе ячеек в случае, если в обеих группах ячеек используется один и тот же тип UCI. По сути, этот режим управления мощностью не делает различий между группами ячеек и обрабатывает все ячейки одинаково. Режим управления мощностью 1 возможен только при синхронной работе, поскольку мощность передачи может изменяться только на границах подкадра. В асинхронном сценарии мощность основной группы ячеек должна измениться в результате распределения мощности, выполняемого в начале субкадров во вторичной группе ячеек, и наоборот, что невозможно.

Рисунок 16.7. Режим управления мощностью для режима 1 и 2 при достижении максимальной мощности передачи.

Режим управления мощностью 2 с двойным подключением масштабирует мощность по несущим в каждой группе ячеек, но не по группам ячеек, как показано справа на рисунке 16.7. Минимальная гарантированная мощность, доступная для каждой группы ячеек, выраженная как часть максимальной мощности, конфигурируется посредством сигнализации RRC. В случае ограничения мощности каждой группе ячеек дается, по крайней мере, ее минимальная гарантированная мощность.Оставшаяся мощность затем сначала передается группе ячеек, связанной с более ранней передачей. На рисунке 16.6 это означает, что в начале подкадра m вторичная группа ячеек может использовать количество оставшейся мощности, требуемой для поддержания постоянной мощности в течение подкадра n . Любая мощность, оставшаяся после этого, передается в основную группу ячеек в подкадре m . Аналогично, в начале подкадра n +1 в группе вторичных ячеек основная группа ячеек использует количество мощности из оставшейся мощности, требуемой для поддержания мощности передачи во время подкадра m .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *