[go: up one dir, main page]

RU2481689C1 - Wireless electromagnetic receiver and system of wireless energy transfer - Google Patents

Wireless electromagnetic receiver and system of wireless energy transfer Download PDF

Info

Publication number
RU2481689C1
RU2481689C1 RU2011137643/07A RU2011137643A RU2481689C1 RU 2481689 C1 RU2481689 C1 RU 2481689C1 RU 2011137643/07 A RU2011137643/07 A RU 2011137643/07A RU 2011137643 A RU2011137643 A RU 2011137643A RU 2481689 C1 RU2481689 C1 RU 2481689C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
resonator
receiver
piece solid
state mechanical
energy
Prior art date
Application number
RU2011137643/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011137643A (en
Inventor
Александр Геннадьевич Чернокалов
Михаил Николаевич Макурин
Николай Николаевич Олюнин
Владимир Яковлевич Архипенков
Ки Юнг КИМ
Юнг-Хо РЬЮ
Original Assignee
Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд."
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд." filed Critical Корпорация "САМСУНГ ЭЛЕКТРОНИКС Ко., Лтд."
Priority to RU2011137643/07A priority Critical patent/RU2481689C1/en
Priority to KR1020120087361A priority patent/KR101984822B1/en
Priority to US13/612,105 priority patent/US9812902B2/en
Publication of RU2011137643A publication Critical patent/RU2011137643A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2481689C1 publication Critical patent/RU2481689C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B2201/00—Aspects of oscillators relating to varying the frequency of the oscillations
    • H03B2201/03—Varying beside the frequency also another parameter of the oscillator in dependence on the frequency
    • H03B2201/036—Varying beside the frequency also another parameter of the oscillator in dependence on the frequency the parameter being the quality factor of a resonator

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: system of wireless energy transfer is proposed, which comprises a source of an AC magnetic field and a wireless electromagnetic receiver, which receives energy from a source of an AC magnetic field. The receiver comprises a device sensitive to electromagnetic field, and a device made as capable of conversion of mechanical energy into electric one, differing by the fact that the device sensitive to electromagnetic field in the receiver is an integral solid-state mechanical resonator, made of a magnetostrictive material, and the second device represents an inductive converter of mechanical energy of specified resonator oscillations into electric energy, besides, such converter does not contact mechanically with the resonator.
EFFECT: increased received power by increase of receiver's good quality.
29 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области электрорадиотехники, а более конкретно - к системам и компонентам, предназначенным для беспроводной передачи энергии.The invention relates to the field of electrical engineering, and more specifically to systems and components intended for wireless energy transmission.

Системы для передачи электромагнитной энергии делятся на излучательные и неизлучательные системы. Излучательные системы для передачи энергии основаны на использовании узконаправленных передатчиков и приеме электромагнитного излучения в дальней зоне. Неизлучательные системы для передачи энергии, как правило, основаны на электромагнитной индукции и используют нераспространяющееся поле в ближней зоне.Systems for the transfer of electromagnetic energy are divided into radiative and non-radiative systems. Radiation systems for energy transfer are based on the use of narrowly targeted transmitters and the reception of electromagnetic radiation in the far zone. Non-radiative systems for energy transfer are typically based on electromagnetic induction and use a non-propagating field in the near field.

Интерес к неизлучательным системам передачи энергии существенно возрос за последние несколько лет, особенно после того как Массачусетсом технологическим институтом была запатентована схема резонансной передачи энергии (см. патент США №7741734) [1]. В данном патенте раскрыт способ передачи электромагнитной энергии, в котором используется система из двух резонаторов, взаимодействующих через нераспространяющееся резонансное поле в ближней зоне. В указанном патенте также раскрыты некоторые возможные варианты реализации электромагнитных резонансных структур. Практически все другие известные резонансные устройства для беспроводной передачи энергии также основаны на электромагнитных резонансных структурах. Следует отметить, что резонансные структуры, которые применяют для систем беспроводной передачи энергии, могут быть также использованы в нерезонансных системах, включая излучательные системы.Interest in non-radiative energy transfer systems has grown significantly over the past few years, especially after the Massachusetts Institute of Technology patented a resonant energy transfer scheme (see US Pat. No. 7,741,734) [1]. This patent discloses a method for transmitting electromagnetic energy, which uses a system of two resonators interacting through a non-propagating resonant field in the near field. The patent also discloses some possible embodiments of electromagnetic resonance structures. Almost all other known resonant devices for wireless energy transfer are also based on electromagnetic resonance structures. It should be noted that the resonant structures that are used for wireless energy transmission systems can also be used in non-resonant systems, including radiation systems.

Основным недостатком электромагнитных резонансных структур является сложность разработки чувствительного электромагнитного резонатора малого размера с высокой добротностью (Q). Это существенно ограничивает сферу возможного применения таких устройств. Другой недостаток заключается в сложности разработки электромагнитного резонатора с высокой добротностью, пригодного для функционирования на низкой резонансной частоте. В то же время для повышения эффективности передачи энергии желательно обеспечить как можно более высокую добротность.The main disadvantage of electromagnetic resonance structures is the difficulty in developing a sensitive electromagnetic resonator of small size with high quality factor (Q). This significantly limits the scope of possible use of such devices. Another disadvantage is the difficulty in developing a high-quality electromagnetic resonator suitable for operation at a low resonant frequency. At the same time, in order to increase the efficiency of energy transfer, it is desirable to provide the highest quality factor possible.

В некоторых известных разработках вместо использования электромагнитных резонансных структур предлагается использовать механические резонаторы, которые возбуждаются магнитным полем за счет явления магнитострикции. Механические резонаторы могут иметь высокую добротность (Q~103÷104), причем в этом случае добротность слабо зависит от размера резонатора и используемой частоты. Таким образом, механические резонаторы предпочтительны для использования в малоразмерных и низкочастотных вариантах реализации.In some well-known developments, instead of using electromagnetic resonance structures, it is proposed to use mechanical resonators, which are excited by a magnetic field due to the phenomenon of magnetostriction. Mechanical resonators can have a high Q factor (Q ~ 10 3 ÷ 10 4 ), and in this case, the Q factor weakly depends on the size of the resonator and the frequency used. Thus, mechanical resonators are preferred for use in small and low frequency embodiments.

Использование механического резонатора, возбуждаемого внешним магнитным полем за счет явления магнитострикции, для беспроводной передачи энергии известно из выложенных заявок США №20090079268 [2] и №20100015918 [3].The use of a mechanical resonator, excited by an external magnetic field due to the magnetostriction phenomenon, for wireless energy transfer is known from US Patent Laid-Open No. 20090079268 [2] and No. 2010015918 [3].

Наиболее близким по своим признакам к настоящему изобретению является устройство, описанное в [2]. В данной патентной заявке описано магнитоэлектрическое многослойное устройство, включающее, по меньшей мере, один пьезоэлектрический слой, покрытый двумя магнитострикционными слоями. Принцип работы данного устройства следующий: при помещении во внешнее переменное магнитное поле механические колебания, возникающие благодаря магнитострикционным слоям, преобразуются в колебания электрического напряжения в пьезоэлектрическом слое. Недостатком данного решения является сниженная добротность устройства, что неизбежно при использовании слоистой структуры. Уменьшение добротности в известном решении обусловлено тем, что резонируют не все слои устройства, и в нерезонирующих слоях происходит демпфирование колебаний. Другим недостатком является отсутствие средства, обеспечивающего линейность магнитострикционных свойств.The closest in its features to the present invention is the device described in [2]. This patent application describes a magnetoelectric multilayer device comprising at least one piezoelectric layer coated with two magnetostrictive layers. The principle of operation of this device is as follows: when placed in an external alternating magnetic field, the mechanical vibrations arising due to magnetostrictive layers are converted into voltage fluctuations in the piezoelectric layer. The disadvantage of this solution is the reduced quality factor of the device, which is inevitable when using a layered structure. The decrease in the quality factor in the known solution is due to the fact that not all layers of the device resonate, and vibration damping occurs in non-resonant layers. Another disadvantage is the lack of a means of ensuring the linearity of magnetostrictive properties.

Основной задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является разработка резонансного приемника, имеющего высокую добротность, и пригодного для малоразмерных и низкочастотных применений в заявляемой системе беспроводной передачи энергии.The main task to be solved by the claimed invention is directed is the development of a resonant receiver having a high quality factor and suitable for small and low-frequency applications in the inventive wireless energy transmission system.

Для решения поставленной задачи предлагается усовершенствованная конструкция беспроводного электромагнитного приемника, включающего в себя устройство, чувствительное к электромагнитному полю, и устройство, выполненное с возможностью преобразования механической энергии в электрическую, при этом такой приемник характеризуется тем, что чувствительное к электромагнитному полю устройство представляет собой цельный твердотельный механический резонатор, выполненный из магнитострикционного материала, а второе устройство представляет собой индуктивный преобразователь механической энергии колебаний указанного резонатора в электрическую энергию, причем такой преобразователь механически не контактирует с резонатором.To solve this problem, an improved design of a wireless electromagnetic receiver including a device sensitive to an electromagnetic field and a device configured to convert mechanical energy into electrical energy is proposed, wherein such a receiver is characterized in that the device sensitive to the electromagnetic field is a solid state a mechanical resonator made of magnetostrictive material, and the second device is an inductive converter of the mechanical energy of the oscillations of the specified resonator into electrical energy, and such a converter does not mechanically contact the resonator.

Таким образом, заявляемый приемник выполняет функцию основного компонента системы беспроводной передачи энергии и позволяет снабжать энергией маломощные устройства без использования проводов. Характерным признаком заявляемой конструкции приемника является использование механического твердотельного резонатора, выполненного сплошным (цельным) и отличающимся высокой добротностью, что позволяет осуществлять прием электромагнитной энергии на основе использования явление магнитострикции.Thus, the inventive receiver performs the function of the main component of a wireless power transmission system and allows you to supply power to low-power devices without the use of wires. A characteristic feature of the claimed design of the receiver is the use of a mechanical solid-state resonator, made solid (solid) and characterized by high quality factor, which allows the reception of electromagnetic energy based on the use of the phenomenon of magnetostriction.

Согласно заявляемому изобретению указанный цельный твердотельный механический резонатор выполнен с возможностью возбуждения от внешнего электромагнитного поля на частоте, соответствующей резонансной частоте указанного резонатора.According to the claimed invention, the specified solid-state mechanical resonator is made with the possibility of excitation from an external electromagnetic field at a frequency corresponding to the resonant frequency of the specified resonator.

Для эффективного функционирования беспроводного электромагнитного приемника имеет смысл, чтобы указанный преобразователь был выполнен с возможностью поддержания высокой добротности указанного резонатора.For the effective functioning of the wireless electromagnetic receiver, it makes sense that the specified Converter was configured to maintain high quality factor of the specified resonator.

Согласно заявляемому изобретению указанный цельный твердотельный механический резонатор изготовляется из магнитострикционного материала с высокой добротностью, значение которой превышает 2000.According to the claimed invention, the specified solid-state mechanical resonator is made of magnetostrictive material with high quality factor, the value of which exceeds 2000.

Согласно заявляемому изобретению указанный цельный твердотельный механический резонатор предпочтительно изготовляется из магнитострикционного феррита.According to the claimed invention, said one-piece solid-state mechanical resonator is preferably made of magnetostrictive ferrite.

Согласно заявляемому изобретению указанный цельный твердотельный механический резонатор имеет требуемую для данного применения форму, которая выбирается так, чтобы на рабочей частоте возбуждалась механическая резонансная мода.According to the claimed invention, said one-piece solid-state mechanical resonator has the shape required for this application, which is selected so that a mechanical resonance mode is excited at the operating frequency.

Согласно одному из вариантов реализации указанный цельный твердотельный механический резонатор имеет форму круглого цилиндра.According to one implementation options, the specified solid-state mechanical resonator has the shape of a round cylinder.

Согласно другому варианту выполнения указанный цельный твердотельный механический резонатор имеет форму бруска с квадратным сечением.According to another embodiment, said one-piece solid-state mechanical resonator has a bar shape with a square cross section.

Согласно другому варианту реализации указанный цельный твердотельный механический резонатор имеет форму пластины.According to another embodiment, said one-piece solid-state mechanical resonator is in the form of a plate.

Для эффективного функционирования беспроводного электромагнитного приемника имеет смысл, чтобы указанный твердотельный механический резонатор был выполнен с возможностью подмагничивания от постоянного магнита.For the effective functioning of the wireless electromagnetic receiver, it makes sense that the specified solid-state mechanical resonator was made with the possibility of magnetization from a permanent magnet.

Согласно одному из вариантов выполнения указанный постоянный магнит может представлять собой керамический магнит.According to one embodiment, said permanent magnet may be a ceramic magnet.

Согласно заявляемому варианту изобретения указанный индуктивный преобразователь представляет собой катушку, намотанную вокруг резонатора.According to the claimed embodiment of the invention, said inductive converter is a coil wound around a resonator.

Согласно заявляемому варианту изобретения витки катушки указанного индуктивного преобразователя соединены с нагрузкой.According to the claimed embodiment of the invention, the turns of the coil of the indicated inductive converter are connected to the load.

Разработанный согласно заявляемому решению беспроводной электромагнитный приемник имеет более высокую добротность по сравнению с известными, основанными на механическом резонансе, приемниками-аналогами.Developed according to the claimed solution, the wireless electromagnetic receiver has a higher quality factor compared to the known analogue-based receivers based on mechanical resonance.

Кроме того, для решения поставленной задачи также предлагается система беспроводной передачи энергии, содержащая источник переменного магнитного поля, и беспроводной электромагнитный приемник, который принимает энергию от источника переменного магнитного поля, причем указанный приемник включает в себя устройство, чувствительное к электромагнитному полю, и устройство, выполненное с возможностью преобразования механической энергии в электрическую, при этом такой приемник характеризуется тем, что чувствительное к электромагнитному полю устройство представляет собой цельный твердотельный механический резонатор, выполненный из магнитострикционного материала, а второе устройство представляет собой индуктивный преобразователь механической энергии колебаний указанного резонатора в электрическую энергию, причем такой преобразователь механически не контактирует с резонатором.In addition, to solve the problem, it is also proposed a wireless energy transmission system comprising a variable magnetic field source, and a wireless electromagnetic receiver that receives energy from a variable magnetic field source, said receiver including an electromagnetic field sensitive device and a device, made with the possibility of converting mechanical energy into electrical energy, while such a receiver is characterized in that it is sensitive to electromagnetic In this case, the device is a solid-state solid-state mechanical resonator made of magnetostrictive material, and the second device is an inductive converter of the mechanical vibrational energy of the specified resonator into electrical energy, and such a converter does not mechanically contact the resonator.

Входящий в заявленную систему беспроводной электромагнитный приемник может характеризоваться любым из вышеприведенных признаков.Included in the inventive system, a wireless electromagnetic receiver may be characterized by any of the above features.

Согласно одному из вариантов заявляемого изобретения источник переменного магнитного поля представляет собой неизлучательую резонансную структуру с частотой f, расположенную на расстоянии, которое меньше длины волны λ=c/f, где с - скорость света.According to one embodiment of the claimed invention, the source of an alternating magnetic field is a non-radiating resonant structure with a frequency f located at a distance that is less than the wavelength λ = c / f, where c is the speed of light.

Согласно другому варианту заявляемого изобретения источник переменного магнитного поля представляет собой неизлучательую нерезонансную структуру, расположенную на расстоянии, которое меньше длины волны λ=c/f, где с - скорость света.According to another embodiment of the claimed invention, the source of the alternating magnetic field is a non-radiating non-resonant structure located at a distance that is less than the wavelength λ = c / f, where c is the speed of light.

Согласно третьему варианту заявляемого изобретения источник переменного магнитного поля представляет собой излучательную структуру с частотой f, расположенную на расстоянии, превышающем длину волны λ=c/f, где с - скорость света.According to a third embodiment of the claimed invention, the source of the alternating magnetic field is an emitting structure with a frequency f located at a distance exceeding the wavelength λ = c / f, where c is the speed of light.

Для лучшего понимания заявленного изобретения далее приводится его подробное описание с соответствующими чертежами.For a better understanding of the claimed invention the following is a detailed description with the corresponding drawings.

Фиг.1 представляет собой схему приемника с твердотельным магнитострикционным резонатором в форме сплошного цилиндра и индуктивным преобразователем энергии, где:Figure 1 is a diagram of a receiver with a solid-state magnetostrictive resonator in the form of a solid cylinder and an inductive energy converter, where:

101 - твердотельный цилиндрический магнитострикционный резонатор в форме цилиндра;101 - solid-state cylindrical magnetostrictive resonator in the form of a cylinder;

102 - постоянный магнит;102 is a permanent magnet;

103 - возбуждающее магнитное поле;103 - exciting magnetic field;

104 - нагрузка;104 - load;

105 - катушка.105 - coil.

Фиг.2 представляет собой схему приемника с твердотельным магнитострикционным резонатором в форме бруска с квадратным сечением и индуктивным преобразователем энергии, где:Figure 2 is a diagram of a receiver with a solid-state magnetostrictive resonator in the form of a bar with a square cross section and an inductive energy converter, where:

201 - твердотельный магнитострикционный резонатор в форме бруска;201 - solid-state magnetostrictive resonator in the form of a bar;

102 - постоянный магнит;102 is a permanent magnet;

103 - возбуждающее магнитное поле;103 - exciting magnetic field;

104 - нагрузка;104 - load;

105 - катушка.105 - coil.

Фиг.3 представляет собой схему заявляемой системы беспроводной передачи энергии, содержащую заявляемый беспроводной электромагнитный приемник.Figure 3 is a diagram of the inventive wireless energy transmission system containing the inventive wireless electromagnetic receiver.

103 - возбуждающее магнитное поле, сгенерированное источником;103 - exciting magnetic field generated by the source;

301 - источник переменного магнитного поля;301 - source of an alternating magnetic field;

302 - приемник.302 is the receiver.

Первой функциональной частью заявленного беспроводного электромагнитного приемника 302 является твердотельный магнитострикционный резонатор 101 или 201 с постоянным магнитом 102 (см. Фиг.1 и Фиг.2). Твердотельный резонатор 101 (или 201) выполнен из магнитострикционного материала с высокой добротностью. В частности, таким магнитострикционным материалом является магнитострикционный феррит. Резонатор может иметь форму пластины, цилиндра, бруска или другую форму. Форма резонатора выбирается таким образом, чтобы на рабочей частоте f в резонаторе 1 возбуждалась механическая резонансная мода. Например, для продольной механической резонансной моды размер резонатора, по меньшей мере, в одном измерении должен быть приблизительно равен ν/(2f), где ν - скорость звука. Механическая резонансная мода является предпочтительной для передачи энергии в том случае, когда энергия механических колебаний резонатора максимальна при возбужденной моде.The first functional part of the claimed wireless electromagnetic receiver 302 is a solid state magnetostrictive resonator 101 or 201 with a permanent magnet 102 (see Figure 1 and Figure 2). Solid state resonator 101 (or 201) is made of magnetostrictive material with high quality factor. In particular, such a magnetostrictive material is magnetostrictive ferrite. The resonator may be in the form of a plate, cylinder, bar or other shape. The shape of the resonator is chosen in such a way that a mechanical resonance mode is excited at the operating frequency f in resonator 1. For example, for a longitudinal mechanical resonance mode, the resonator size in at least one dimension should be approximately equal to ν / (2f), where ν is the speed of sound. A mechanical resonance mode is preferable for energy transfer in the case when the energy of the mechanical vibrations of the resonator is maximum in the excited mode.

Резонатор 101 (см. Фиг.1) размещен в поле постоянного магнита 102, который расположен рядом с резонатором на некотором расстоянии для того, чтобы путем подмагничивания обеспечить проявление необходимых магнитострикционных свойств материала резонатора и линеаризовать поведение резонатора 101. Постоянный магнит 102 предпочтительно выполнять из керамического материала. В этом случае он может быть помещен близко к резонатору без значительного влияния на эффективность системы. Резонатор 101 возбуждается внешним переменным магнитным полем 103. Переменное магнитное поле 103 возбуждает в резонаторе 101 механические колебания за счет явления магнитострикции. Амплитуда колебаний на резонансной частоте f зависит от добротности Q материала резонатора 101: чем выше добротность, тем большую амплитуду колебаний она обеспечивает. Таким образом, желательно сделать добротность как можно более высокой. Также амплитуда колебаний зависит от магнитострикционных свойств материала резонатора 101. Поэтому предпочтительно использовать высокоэффективные магнитострикционные материалы для заявляемого приемника.The resonator 101 (see FIG. 1) is placed in the field of the permanent magnet 102, which is located next to the resonator at a certain distance in order to magnetize the manifestation of the necessary magnetostrictive properties of the material of the resonator and linearize the behavior of the resonator 101. The permanent magnet 102 is preferably made of ceramic material. In this case, it can be placed close to the cavity without significantly affecting the efficiency of the system. The resonator 101 is excited by an external alternating magnetic field 103. The alternating magnetic field 103 excites mechanical vibrations in the resonator 101 due to the magnetostriction phenomenon. The amplitude of the oscillations at the resonant frequency f depends on the quality factor Q of the material of the resonator 101: the higher the quality factor, the greater the amplitude of the oscillations it provides. Thus, it is desirable to make the quality factor as high as possible. Also, the amplitude of the oscillations depends on the magnetostrictive properties of the material of the resonator 101. Therefore, it is preferable to use high-performance magnetostrictive materials for the inventive receiver.

Второй функциональной частью беспроводного электромагнитного приемника 302 является преобразователь энергии. В заявляемом решении предлагается использовать индуктивный преобразователь (см. Фиг.1 и Фиг.2), который представляет собой катушку 105, намотанную вкруг твердотельного магнитострикционного резонатора 101 или 201. Такая структура преобразователя способствует тому, чтобы сохранялась высокая добротность резонатора. Механические колебания резонатора вызывают переменное механическое напряжение, которое, в свою очередь, создает переменную составляющую намагниченности материала резонатора (обратный магнитострикционный эффект). Переменная намагниченность индуцирует колебания напряжения на концах обмотки катушки 105. Концы обмотки катушки 105 соединены с нагрузкой 104.The second functional part of the wireless electromagnetic receiver 302 is an energy converter. In the claimed solution, it is proposed to use an inductive converter (see FIG. 1 and FIG. 2), which is a coil 105 wound around a solid-state magnetostrictive resonator 101 or 201. Such a converter structure helps to maintain a high quality factor of the resonator. Mechanical vibrations of the resonator cause an alternating mechanical stress, which, in turn, creates an alternating component of the magnetization of the resonator material (inverse magnetostrictive effect). Variable magnetization induces voltage fluctuations at the ends of the coil winding 105. The ends of the coil winding 105 are connected to a load 104.

Заявляемый беспроводной электромагнитный приемник 302 используется как часть системы беспроводной передачи энергии.The inventive wireless electromagnetic receiver 302 is used as part of a wireless power transmission system.

Такая система беспроводной передачи энергии (см. Фиг.3) включает в себя источник переменного магнитного поля 301 и заявляемый беспроводной электромагнитный приемник 302, выполненный согласно настоящему изобретению, который принимает энергию от источника 301. Частота переменного поля, генерируемая источником 301, соответствует резонансной частоте приемника 302. При этом возможно использование различных источников переменного магнитного поля, в частности:Such a wireless power transmission system (see FIG. 3) includes a variable magnetic field source 301 and the inventive wireless electromagnetic receiver 302 according to the present invention, which receives energy from the source 301. The frequency of the alternating field generated by the source 301 corresponds to the resonant frequency the receiver 302. In this case, it is possible to use various sources of alternating magnetic field, in particular:

- Источником может быть неизлучательная резонансная структура с частотой f расположенная на расстоянии, которое меньше длины волны λ=с/f, где с - скорость света. В таком случае источник и приемник образуют резонансную систему передачи энергии.- The source may be a non-radiative resonant structure with a frequency f located at a distance that is less than the wavelength λ = c / f, where c is the speed of light. In this case, the source and receiver form a resonant energy transfer system.

- Источником может быть неизлучательная нерезонансная структура. Например, это может быть катушка, соединенная с генератором и расположенная на расстоянии, которое меньше длины волны λ=с/f.- The source may be a non-radiative non-resonant structure. For example, it can be a coil connected to a generator and located at a distance that is less than the wavelength λ = c / f.

- Источником может быть излучательная структура с частотой f, расположенная на расстоянии, которое больше длины волны λ=c/f.- The source may be a radiative structure with a frequency f located at a distance that is greater than the wavelength λ = c / f.

Заявляемое изобретение может найти применение в системах беспроводной передачи энергии. В отличие от известных решений заявляемое изобретение пригодно для малоразмерных применений. Кроме того, заявляемое решение пригодно для использования в тех областях, где предпочтительна работа на низких частотах, например в сфере биологии.The claimed invention may find application in wireless power transmission systems. Unlike known solutions, the claimed invention is suitable for small applications. In addition, the claimed solution is suitable for use in areas where it is preferable to work at low frequencies, for example in the field of biology.

Claims (29)

1. Беспроводной электромагнитный приемник, включающий в себя устройство, чувствительное к электромагнитному полю, и устройство, выполненное с возможностью преобразования механической энергии в электрическую, отличающийся тем, что чувствительное к электромагнитному полю устройство представляет собой цельный твердотельный механический резонатор, выполненный из магнитострикционного материала, а второе устройство представляет собой индуктивный преобразователь механической энергии колебаний указанного резонатора в электрическую энергию, причем такой преобразователь механически не контактирует с резонатором.1. A wireless electromagnetic receiver including a device that is sensitive to an electromagnetic field, and a device configured to convert mechanical energy into electrical energy, characterized in that the device sensitive to an electromagnetic field is an integral solid-state mechanical resonator made of magnetostrictive material, and the second device is an inductive converter of the mechanical energy of the vibrations of the specified resonator into an electric aene rgi, and such a converter does not mechanically contact the resonator. 2. Приемник по п.1, отличающийся тем, что указанный цельный твердотельный механический резонатор выполнен с возможностью возбуждения от внешнего электромагнитного поля на частоте, соответствующей резонансной частоте указанного резонатора.2. The receiver according to claim 1, characterized in that the one-piece solid-state mechanical resonator is made with the possibility of excitation from an external electromagnetic field at a frequency corresponding to the resonant frequency of the specified resonator. 3. Приемник по п.1, отличающийся тем, что указанный преобразователь выполнен с возможностью поддержания высокой добротности указанного резонатора.3. The receiver according to claim 1, characterized in that said converter is configured to maintain a high quality factor of said resonator. 4. Приемник по п.1, отличающийся тем, что указанный цельный твердотельный механический резонатор выполнен из магнитострикционного материала с высокой добротностью, значение которой превышает 2000.4. The receiver according to claim 1, characterized in that said one-piece solid-state mechanical resonator is made of magnetostrictive material with high quality factor, the value of which exceeds 2000. 5. Приемник по п.1, отличающийся тем, что указанный цельный твердотельный механический резонатор выполнен из магнитострикционного феррита.5. The receiver according to claim 1, characterized in that said one-piece solid-state mechanical resonator is made of magnetostrictive ferrite. 6. Приемник по п.1, отличающийся тем, что указанный цельный твердотельный механический резонатор имеет форму, выбираемую так, чтобы на рабочей частоте возбуждалась механическая резонансная мода.6. The receiver according to claim 1, characterized in that said one-piece solid-state mechanical resonator has a shape selected so that a mechanical resonance mode is excited at the operating frequency. 7. Приемник по п.6, отличающийся тем, что указанный цельный твердотельный механический резонатор имеет форму цилиндра.7. The receiver according to claim 6, characterized in that the said one-piece solid-state mechanical resonator has the shape of a cylinder. 8. Приемник по п.6, отличающийся тем, что указанный цельный твердотельный механический резонатор имеет форму бруска с квадратным сечением.8. The receiver according to claim 6, characterized in that the said one-piece solid-state mechanical resonator has the shape of a bar with a square cross section. 9. Приемник по п.6, отличающийся тем, что указанный цельный твердотельный механический резонатор имеет форму пластины.9. The receiver according to claim 6, characterized in that said one-piece solid-state mechanical resonator is in the form of a plate. 10. Приемник по п.1, отличающийся тем, что указанный цельный твердотельный механический резонатор размещен в поле постоянного магнита.10. The receiver according to claim 1, characterized in that the said one-piece solid-state mechanical resonator is placed in the field of a permanent magnet. 11. Приемник по п.10, отличающийся тем, что указанный постоянный магнит представляет собой керамический магнит.11. The receiver of claim 10, wherein said permanent magnet is a ceramic magnet. 12. Приемник по п.1, отличающийся тем, что указанный индуктивный преобразователь представляет собой катушку, намотанную вокруг резонатора.12. The receiver according to claim 1, characterized in that said inductive converter is a coil wound around a resonator. 13. Приемник по п.12, отличающийся тем, что витки катушки указанного индуктивного преобразователя соединены с нагрузкой.13. The receiver according to item 12, wherein the coil turns of the specified inductive transducer are connected to the load. 14. Система беспроводной передачи энергии, содержащая источник переменного магнитного поля и беспроводной электромагнитный приемник, который принимает энергию от источника переменного магнитного поля, причем указанный приемник включает в себя устройство, чувствительное к электромагнитному полю, и устройство, выполненное с возможностью преобразования механической энергии в электрическую, отличающаяся тем, что чувствительное к электромагнитному полю устройство в приемнике представляет собой цельный твердотельный механический резонатор, выполненный из магнитострикционного материала, а второе устройство представляет собой индуктивный преобразователь механической энергии колебаний указанного резонатора в электрическую энергию, причем такой преобразователь механически не контактирует с резонатором.14. A wireless energy transmission system comprising an alternating magnetic field source and a wireless electromagnetic receiver that receives energy from an alternating magnetic field source, said receiver including an electromagnetic field sensitive device and a device configured to convert mechanical energy into electrical energy characterized in that the device sensitive to the electromagnetic field in the receiver is a solid-state mechanical resonance a torus made of a magnetostrictive material, and the second device is an inductive transducer of mechanical energy of said resonator into electrical power, and such a converter is not mechanically contacted with the resonator. 15. Система по п.14, отличающаяся тем, что указанный цельный твердотельный механический резонатор выполнен с возможностью возбуждения от внешнего электромагнитного поля на частоте, которая соответствует резонансной частоте указанного резонатора.15. The system according to 14, characterized in that the said one-piece solid-state mechanical resonator is made with the possibility of excitation from an external electromagnetic field at a frequency that corresponds to the resonant frequency of the specified resonator. 16. Система по п.14, отличающаяся тем, что указанный преобразователь выполнен с возможностью поддержания высокой добротности указанного резонатора.16. The system of claim 14, wherein said converter is configured to maintain a high Q factor of said resonator. 17. Система по п.14, отличающаяся тем, что указанный цельный твердотельный механический резонатор выполнен из магнитострикционного материала с высокой добротностью, значение которой превышает 2000.17. The system according to 14, characterized in that the said one-piece solid-state mechanical resonator is made of magnetostrictive material with high quality factor, the value of which exceeds 2000. 18. Система по п.17, отличающаяся тем, что указанный цельный твердотельный механический резонатор выполнен из магнитострикционного феррита.18. The system according to 17, characterized in that the said one-piece solid-state mechanical resonator is made of magnetostrictive ferrite. 19. Система по п.14, отличающаяся тем, что указанный цельный твердотельный механический резонатор имеет форму, выбираемую так, чтобы на рабочей частоте возбуждалась механическая резонансная мода.19. The system according to 14, characterized in that the said one-piece solid-state mechanical resonator has a shape selected so that a mechanical resonance mode is excited at the operating frequency. 20. Система по п.19, отличающаяся тем, что указанный цельный твердотельный механический резонатор выполнен в форме цилиндра.20. The system according to claim 19, characterized in that the said one-piece solid-state mechanical resonator is made in the form of a cylinder. 21. Система по п.19, отличающаяся тем, что указанный цельный твердотельный механический резонатор выполнен в форме бруска с квадратным сечением.21. The system according to claim 19, characterized in that the said one-piece solid-state mechanical resonator is made in the form of a bar with a square section. 22. Система по п.19, отличающаяся тем, что цельный твердотельный механический резонатор выполнен в форме пластины.22. The system according to claim 19, characterized in that the one-piece solid-state mechanical resonator is made in the form of a plate. 23. Система п.14, отличающаяся тем, что указанный цельный твердотельный механический резонатор выполнен с возможностью подмагничивания от постоянного магнита.23. The system of 14, characterized in that the said one-piece solid-state mechanical resonator is made with the possibility of magnetization from a permanent magnet. 24. Система по п.23, отличающаяся тем, что указанный постоянный магнит выполнен из керамики.24. The system according to item 23, wherein the specified permanent magnet is made of ceramic. 25. Система по п.14, отличающаяся тем, что индуктивный преобразователь выполнен в виде катушки, намотанной вокруг резонатора.25. The system according to 14, characterized in that the inductive converter is made in the form of a coil wound around a resonator. 26. Система по п.25, отличающаяся тем, что витки катушки указанного индуктивного преобразователя соединены с нагрузкой.26. The system of claim 25, wherein the coil turns of said inductive converter are connected to a load. 27. Система по п.14, отличающаяся тем, что источник переменного магнитного поля представляет собой неизлучательную резонансную структуру с частотой f, расположенную на расстоянии, которое меньше длины волны λ=с/f, где с - скорость света.27. The system of claim 14, wherein the source of the alternating magnetic field is a non-radiative resonant structure with a frequency f located at a distance that is less than the wavelength λ = c / f, where c is the speed of light. 28. Система по п.14, отличающаяся тем, что источник переменного магнитного поля представляет собой неизлучательную нерезонансную структуру, расположенную на расстоянии, которое меньше длины волны λ=c/f, где с - скорость света.28. The system according to 14, characterized in that the source of the alternating magnetic field is a non-radiative nonresonant structure located at a distance that is less than the wavelength λ = c / f, where c is the speed of light. 29. Система по п.14, отличающаяся тем, что источник переменного магнитного поля представляет собой излучательную структуру с частотой f, расположенную на расстоянии, которое больше длины волны λ=с/f, где с - скорость света. 29. The system of claim 14, wherein the source of the alternating magnetic field is an emitting structure with a frequency f located at a distance that is greater than the wavelength λ = c / f, where c is the speed of light.
RU2011137643/07A 2011-09-13 2011-09-13 Wireless electromagnetic receiver and system of wireless energy transfer RU2481689C1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011137643/07A RU2481689C1 (en) 2011-09-13 2011-09-13 Wireless electromagnetic receiver and system of wireless energy transfer
KR1020120087361A KR101984822B1 (en) 2011-09-13 2012-08-09 Wireless electromagnetic receiver and wireless power transfer system
US13/612,105 US9812902B2 (en) 2011-09-13 2012-09-12 Wireless electromagnetic receiver and wireless power transfer system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011137643/07A RU2481689C1 (en) 2011-09-13 2011-09-13 Wireless electromagnetic receiver and system of wireless energy transfer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011137643A RU2011137643A (en) 2013-03-20
RU2481689C1 true RU2481689C1 (en) 2013-05-10

Family

ID=48179159

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011137643/07A RU2481689C1 (en) 2011-09-13 2011-09-13 Wireless electromagnetic receiver and system of wireless energy transfer

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101984822B1 (en)
RU (1) RU2481689C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9667085B2 (en) 2013-06-19 2017-05-30 Samsung Electronics Co., Ltd Wireless charger for electronic device
RU2674436C2 (en) * 2014-03-31 2018-12-10 Конинклейке Филипс Н.В. Wireless inductive power transfer
US10186371B2 (en) 2013-07-08 2019-01-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Magnetic field generation apparatus having planar structure
RU2681311C2 (en) * 2014-09-03 2019-03-06 Конинклейке Филипс Н.В. Wireless inductive electric power transmission
RU2725156C1 (en) * 2019-11-26 2020-06-30 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Rotary joint with contactless data transmission
US12272851B2 (en) 2019-11-26 2025-04-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Rotary-type data transmission device and electronic apparatus including the same

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2342761C1 (en) * 2007-09-07 2008-12-27 Российская Академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) Method and device for electric energy transmission (versions)
US20090079268A1 (en) * 2007-03-02 2009-03-26 Nigel Power, Llc Transmitters and receivers for wireless energy transfer
US20100015918A1 (en) * 2008-07-18 2010-01-21 Ferro Solutions, Inc. Wireless transfer of information using magneto-electric devices
RU95200U1 (en) * 2010-01-15 2010-06-10 Олег Николаевич Журавлев WIRELESS ENERGY TRANSMISSION SYSTEM AND / OR INFORMATION FOR MONITORING AND / OR MANAGING REMOTE OBJECTS PLACED IN A WELL
US7741734B2 (en) * 2005-07-12 2010-06-22 Massachusetts Institute Of Technology Wireless non-radiative energy transfer
RU2419945C2 (en) * 2007-09-01 2011-05-27 Маквет Гмбх Унд Ко. Кг Device and method of wireless transfer of energy and/or data between device-source and target device

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4638270A (en) * 1984-02-17 1987-01-20 Machamer George A Resonator comprising a coil formed of multiple layer alternately arranged conductive turns
US7808236B1 (en) * 2002-12-09 2010-10-05 Ferro Solutions, Inc. Energy harvester utilizing external magnetic field
US9130394B2 (en) * 2009-02-05 2015-09-08 Qualcomm Incorporated Wireless power for charging devices

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7741734B2 (en) * 2005-07-12 2010-06-22 Massachusetts Institute Of Technology Wireless non-radiative energy transfer
US20090079268A1 (en) * 2007-03-02 2009-03-26 Nigel Power, Llc Transmitters and receivers for wireless energy transfer
RU2419945C2 (en) * 2007-09-01 2011-05-27 Маквет Гмбх Унд Ко. Кг Device and method of wireless transfer of energy and/or data between device-source and target device
RU2342761C1 (en) * 2007-09-07 2008-12-27 Российская Академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) Method and device for electric energy transmission (versions)
US20100015918A1 (en) * 2008-07-18 2010-01-21 Ferro Solutions, Inc. Wireless transfer of information using magneto-electric devices
RU95200U1 (en) * 2010-01-15 2010-06-10 Олег Николаевич Журавлев WIRELESS ENERGY TRANSMISSION SYSTEM AND / OR INFORMATION FOR MONITORING AND / OR MANAGING REMOTE OBJECTS PLACED IN A WELL

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9667085B2 (en) 2013-06-19 2017-05-30 Samsung Electronics Co., Ltd Wireless charger for electronic device
US10186371B2 (en) 2013-07-08 2019-01-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Magnetic field generation apparatus having planar structure
RU2674436C2 (en) * 2014-03-31 2018-12-10 Конинклейке Филипс Н.В. Wireless inductive power transfer
RU2681311C2 (en) * 2014-09-03 2019-03-06 Конинклейке Филипс Н.В. Wireless inductive electric power transmission
RU2725156C1 (en) * 2019-11-26 2020-06-30 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Rotary joint with contactless data transmission
US12272851B2 (en) 2019-11-26 2025-04-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Rotary-type data transmission device and electronic apparatus including the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR101984822B1 (en) 2019-05-31
KR20130029004A (en) 2013-03-21
RU2011137643A (en) 2013-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2481689C1 (en) Wireless electromagnetic receiver and system of wireless energy transfer
US8786135B2 (en) Wireless energy transfer with anisotropic metamaterials
US7928634B2 (en) System and method for providing a piezoelectric electromagnetic hybrid vibrating energy harvester
KR101360011B1 (en) Power transmitting device, power receiving device, and power transmission system
RU2505919C1 (en) Method, system and device for wireless transmission of energy (versions)
Li et al. An upconversion management circuit for low-frequency vibrating energy harvesting
US7256532B2 (en) Method and apparatus for high voltage gain using a magnetostrictive-piezoelectric composite
US9812902B2 (en) Wireless electromagnetic receiver and wireless power transfer system
CN105790450B (en) Power supply device and power receiving device
KR20100063756A (en) Maximizing power yield from wireless power magnetic resonators
US8093869B1 (en) Apparatus for generating electricity utilizing nondestructive interference of energy
US6950373B2 (en) Multiply resonant wideband transducer apparatus
Wu et al. Magneto‐Mechano‐Electric Antenna for Portable VLF Transmission
RU2481704C1 (en) Wireless electromagnetic receiver and system of wireless energy transfer
Yang et al. Progress on very/ultra low frequency mechanical antennas
CN115642388A (en) A Very Low Frequency Magnetoelectric Antenna Based on Rosen Structure
CN117175192A (en) An ultra-low frequency antenna transmission system with efficient transmission and modulation
RU2481705C1 (en) Wireless electromagnetic receiver and system of wireless energy transfer
US8072843B1 (en) Stepped multiply resonant wideband transducer apparatus
Zhu et al. Piezo‐Turned Magnet Rotation for ELF/SLF Cross‐Medium Communication in Omni‐Direction
US11283486B1 (en) Mechanically actuated magnetostrictive transmitter
US11175191B1 (en) Mechanically actuated and shunted magnetostrictive dipole transmitter
Filippov et al. Voltage transformer based on inverse magnetoelectric effect
Garraud et al. Microfabricated electrodynamic wireless power receiver for bio-implants and wearables
Peng et al. An Omnidirectional, High Power Density Magneto–Mechano–Electric Energy Harvester Using PNN–PZT Piezoceramic Operating in Decoupling Bending Mode