Cargador inalámbrico multidispositivo.

Cargador inalámbrico multidispositivo.

La presente invención hace referencia a un cargador de dimensiones compactas que permite alimentar simultáneamente varios dispositivos eléctricos;

está basado en un acoplamiento magnético-resonante para alimentación de dispositivos de hasta 50 vatios de consumo como una lámpara, un ventilador, un altavoz o un televisor a distancias del orden de 2 metros sin la necesidad de utilizar cables o baterías para alimentar dichos dispositivos. Para transferir la energía eléctrica se utiliza un inversor de dimensiones compactas que transforma una tensión continua de entrada en una señal alterna de alta frecuencia de alrededor 1 MHz, dicha tensión alterna alimenta una bobina emisora la cual produce un flujo magnético que induce una tensión en una o varias bobinas receptoras; cuanto mayor flujo magnético se tenga, mayor tensión inducida en la bobina receptora se va a conseguir.

Cargador inalámbrico multidispositivo.

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención hace referencia a un cargador de dimensiones compactas basado en un acoplamiento magnético-resonante para alimentación de dispositivos de hasta 50 vatios 5 de consumo, como una lámpara, un ventilador, un altavoz o un televisor a distancias del orden de 2 metros, sin necesidad de utilizar cables o baterías para alimentar dichos dispositivos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La transferencia de energía eléctrica por acoplamiento inductivo es conocida en el 10 estado de la técnica; un inversor transforma una tensión continua de entrada en una tensión alterna de alta frecuencia, dicha tensión alterna de alta frecuencia alimenta una bobina primaria o bobina emisora la cual debido al campo magnético variable en el tiempo induce una tensión en una bobina secundaria o bobina receptora. La bobina secundaria se ajusta a la frecuencia de resonancia mediante el uso de condensadores consiguiendo la máxima 15 transferencia de potencia y la máxima eficiencia.

La tensión alterna de la bobina secundaria puede ser rectificada para obtener una tensión continua y alimentar dispositivos que necesiten corriente continua.

En la actualidad existen sistemas de transferencia de energía eléctrica por acoplamiento inductivo para distancias pequeñas, del orden de pocos centímetros. Entre los 20 principales dispositivos actuales se encuentran los cargadores por inducción para móviles que utilizan el estándar "Qi", el cual permite la transferencia de energía eléctrica de hasta 5 vatios a distancias de hasta 4 cm.

La principal limitación actual de los existentes cargadores inalámbricos es la escasa distancia entre el módulo emisor y el módulo receptor que suele ser de escasos centímetros. 25

Otra limitación de los existentes cargadores inalámbricos, es que su uso se destina para cargar exclusivamente teléfonos móviles o tablets siendo imposible la carga de otros dispositivos eléctricos simultáneamente.

.EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

El sistema propuesto permite alimentar simultáneamente diferentes aparatos 30 eléctricos situados a distancias del orden de 2 metros, además mediante el uso de resonadores se aumenta la distancia entre el emisor y un receptor.

Para transferir la energía eléctrica se utiliza un inversor de dimensiones compactas que transforma una tensión continua de entrada en una señal alterna de alta frecuencia de alrededor 1 MHz, dicha tensión alterna alimenta una bobina emisora la cual produce un flujo 35 magnético que induce una tensión en una o varias bobinas receptoras; de esta manera cuanto mayor flujo magnético se tenga, más tensión inducida en la bobina receptora se va a conseguir.

La tensión alterna de la bobina receptora es rectificada para obtener una tensión continua la cual alimentará la carga que deseemos, pudiendo ser esta carga, varios led, un 40 motor de un ventilador, etc.

Mediante el uso de resonadores se consigue aumentar la distancia entre la bobina emisora y receptora.

Una posible configuración en la que sólo se desea alimentar a un receptor consta de las siguientes partes: una bobina emisora, una bobina resonadora emisora, una bobina receptora y una bobina resonadora receptora.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una 5 mejor comprensión de las características de la invención se acompaña como parte integrante de dicha descripción un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1. Muestra el esquema eléctrico del emisor de la invención.

Figura 2. Muestra el esquema eléctrico del receptor de la invención. 10

Figura 3. Muestra una vista en perspectiva del emisor con resonador de la invención.

Figura 4. Muestra una vista en perspectiva del receptor con resonador de la invención.

Figura 5. Muestra una vista en perspectiva del resonador de la invención.

Figura 6. Muestra una vista en perspectiva de un montaje en el cual el emisor alimenta a dos receptores. Un receptor alimenta una lámpara situada en la habitación en el que se 15 encuentra el emisor y otro receptor alimenta otra lámpara situada en otra habitación separada por una pared. Cada receptor se encuentra a 2 metros de distancia del emisor respectivamente.

Figura 7. Muestra una vista en perspectiva de un montaje en el cual el emisor alimenta a un receptor. El receptor alimenta una lámpara situada en la habitación en el que se encuentra 20 el emisor, además mediante el uso de un resonador adicional situado entre la lámpara y el emisor se consigue aumentar la distancia entre el emisor y la lámpara hasta los 4 metros.

Figura 8. Muestra una vista en perspectiva de un montaje en el cual el emisor alimenta a dos receptores. Un receptor alimenta a un altavoz situado en la habitación en el que se encuentra el emisor y otro receptor alimenta un televisor situado en otra habitación separada 25 por una pared.

Figura 9. Muestra una vista en perspectiva de un montaje en el cual el emisor alimenta a tres receptores. Un receptor alimenta una lámpara situada en la habitación en el que se encuentra el emisor, un segundo receptor alimenta un ventilador situado en la habitación en el que se encuentra el emisor y un tercer receptor alimenta otro ventilador situado en otra 30 habitación separada por una pared.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A la vista de las mencionadas figuras y de acuerdo con la numeración adoptada se puede observar en ellas un ejemplo de realización preferente de la invención, la cual comprende las partes y elementos que se indican y describen en detalle a continuación. 35

El sistema está formado por un emisor (1-2) que consiste en un inversor (1) conectado a una bobina emisora (2) y un receptor (3-5) que consiste en una bobina receptora y un rectificador, el cual se observa en la figura 2.

El inversor CC/CA, transforma la corriente continua de entrada en una señal alterna de alta frecuencia, la salida de este inversor va conectada a la bobina emisora (2) la cual, 40 es una bobina de cobre de una sola vuelta; la corriente alterna que circula a través de la misma induce un campo magnético.

El inversor, alimentado con una tensión continua (13) de entre 20 y 80 voltios, transforma la corriente continua de entrada en corriente alterna de alta frecuencia y está basado en dos transistores Mosfet (10) de canal N que soportan tensiones de hasta 200 voltios entre drenador y surtidor y corrientes de drenador de hasta 9 amperios, los cuales están realimentados por los diodos Schottky (12) situados entre las puertas de los transistores y las bobinas. 5

Las bobinas (11) de valor mínimo de 100uH se comportan como fuentes de corriente, pudiéndose seleccionar valores mayores de L, pero no es necesario, si bien se utilizan bobinas que permitan circular por ellas hasta 5 amperios de corriente.

Los transistores (10) se van encendiendo alternativamente, proporcionando una señal alterna de alta frecuencia. El circuito LC en paralelo es alimentado por los dos 10 transistores Mosfet (10) .

En la bobina emisora (2) tenemos una forma de onda sinusoidal; esta bobina tiene una tensión alterna de alta frecuencia de aproximadamente 1 MHz.

El rectificador CA/CC (5) transforma la corriente alterna de entrada que recibe la antena receptora (4) en una señal continua. 15

Puesto que se va a trabajar a frecuencias de funcionamiento relativamente elevadas se hace indispensable el uso de condensadores de polipropileno de tipo MKP o FKP (14) en el emisor, resonadores y receptores, ya que soportan frecuencias de funcionamiento elevadas y tienen una resistencia interna baja.

Es indispensable utilizar diodos ultrarrápidos (12) ; la alta velocidad de conmutación 20 de los diodos Schottky permite rectificar señales de muy alta frecuencia. Los diodos (12) del inversor y los diodos del receptor son diodos Schottky que soportan tensiones de hasta 200 voltios y corrientes de hasta 3 amperios.

1. Cargador inalámbrico multidispositivo que estando destinado a permitir realizar la transmisión inalámbrica de energía eléctrica a varios dispositivos eléctricos simultáneamente como una bombilla (6) , el motor de un ventilador (9) , un altavoz (7) o un televisor (8) , se caracteriza porque comprende: 5

- módulo emisor (1-2) formado por un circuito inversor (1) basado en dos transistores Mosfet (10) de canal N, los cuales están realimentados por los diodos Schottky (12) situados entre las puertas de los transistores y las bobinas (11) ; el inversor transforma la corriente continua de entrada en corriente alterna de alta frecuencia; a dicho inversor se conecta una bobina (2) constituida por hilo de litz o cobre llamada bobina emisora (2) , la cual genera un 10 flujo magnético, dicho flujo magnético puede ser amplificado por un resonador (3) el cual es una bobina constituida por hilo de litz o cobre y un condensador (14) ;

- uno o varios resonadores (3) formados por una bobina de hilo de litz o cobre y un condensador (14) , un resonador permite aumentar la distancia entre el emisor (1-2) y un receptor (3-5) ; 15

- uno o varios módulos receptores (3-5) en los que se genera una tensión eléctrica cuando el flujo magnético de la bobina emisora (2) alcanza la bobina receptora (4) ; dicho flujo magnético es amplificado por un resonador (3) el cual es una bobina constituida por hilo de litz o cobre y un condensador (14) ; posteriormente la tensión se rectifica por un circuito rectificador de onda completa en puente (5) y mediante un circuito elevador-reductor (15) se 20 obtiene una tensión continua constante independientemente de la distancia entre la bobina emisora (2) y la bobina receptora (4) .

2. Cargador inalámbrico multidispositivo, según reivindicación 1 se caracteriza porque la capacidad del condensador (14) de un resonador (3) debe ser igual o menor a la capacidad del condensador del circuito inversor (1) y del receptor (5) . 25

3. Cargador inalámbrico multidispositivo, según reivindicación 1 se caracteriza porque todos los condensadores (14) utilizados en el emisor, resonadores y receptores deben ser de polipropileno de tipo MKP o FKP para soportar la elevada frecuencia de funcionamiento.

4. Cargador inalámbrico multidispositivo, según reivindicación 1 se caracteriza porque los diodos (12) utilizados en el inversor y los diodos (16) utilizados en el rectificador de onda 30 completa en puente deben ser de tipo Schottky para permitir una velocidad de conmutación elevada.