用于传输电力和数据的方法和装置制造方法及图纸

用于传输电力和数据的装置包括：主电路，其包括电能源(10)；至少一对发送电枢(100、100’)；第一电枢(100)，其在使用中相对于第二电枢(100')连接到不同的电位；至少一个电力发送器(12)，其连接至电能源(10)并连接至电枢(100、100')中的至少一个；以及至少一个收发器(20)，其连接至发送电枢(100、100')中的至少一个。收发器(20)特别适于独立于电力发送器(12)发送的电力而经由发送电枢(100、100')接收和/或发送数据。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于传输电力和数据的方法和装置
本专利技术大体上涉及用于将电力传输至一个或多个电力负载，并且同时用于在两个或更多设备之间传输数据的方法和装置。一个或多个电力负载可以包括在装置内，数据在装置之间传输，或者可以插入任何其他不同的电气或电子设备中，该电气和电子设备将通电，以启用其功能和/或为其内部电池充电。需要数据的交换并同时供电和/或再充电的设备的示例包括：移动电话、平板电脑、计算机、硬盘、固态存储器、路由器和调制解调器、交换机、接入点、跟踪设备、键盘、电子书、摄影机、照相机、卫星导航器、电视、多媒体或音频内容的复制系统、扩展坞、音频Hi-Fi设备、家庭影院、麦克风和录音机、解码器和卫星接收机、扬声器和电唱机、耳机、气象站、数码相框、可穿戴设备(例如智能手表)、无人机、打印机、监视器和显示器、扫描仪、游戏机。需要数据交换系统和电力传输的设备的其他例子可以在生物医学领域找到：带有(例如用于测量血压)诊断系统的设备、用于病理诊断和治疗的仪器、可植入设备(例如心脏起搏器、输液器、植入性除颤器)及其他等。可能需要供电和/或再充电的设备的例子包括：照明系统，例如LED照明系统；能量积累和储存系统，例如充电宝、电池及蓄电设备；家用电器，例如搅拌机、厨房小工具、咖啡机、微波炉及电烤箱、切片机、面包和面食机、榨汁机、真空清洁系统、以及其他用于清洁家庭的系统；秤；用于个人护理、口腔卫生的系统，例如牙刷、剃刀、刮胡刀、脱毛设备。需要强调的是，上述的最后一类设备，通常不需要数据连接，且无论如何可以通过简单并经济地交换数据的可能性来改进。
技术介绍
将电力传输至负载已是众所周知的；最广泛使用的一种解决方案是使用AC/DC转换器，该AC/DC转换器能将例如由公共配电网生成的交流电(AC)转换成适于为负载供电的连续电压(DC)。待供电的负载可以例如通过通常的连接线直接连接至AC/DC转换器。为了具备更强的实用性，待供电的负载和AC/DC转换器之间的连接可以通过电接触件的机械系统来实现，该电接触件具有适当形状，例如，导电板、电连接器或接触件，其连接至转换器，并且能被置于与连接到负载的相应电接触件相接触。这种接触系统通常用这样的几何形状制成：该几何形状始终保证接触件的电连接、且至少有两个被置于不同电位的点，同时防止阻碍短路。用于从电压开始传输电力至负载的另一种已知解决方案是，使用无线能量传输系统，该无线能量传输系统例如基于发送系统和接收系统之间的电感或电容连接，其中发送系统位于充电设备上，接收系统位于待供电/再充电的用户设备上，该用户设备是分离并独立于充电设备的。在基于电感耦合的系统的领域中，通常使用例如具有卷轴或螺旋形状或其他合适形状的发射天线，以及位于待供电的用户设备上的接收天线。以这种方式，即使在主电路和二级电路之间没有电连接，仍有可能为各种类型的电气和电子设备供电。用于传输电力的另一种已知类型的方案涉及了基于电感耦合的系统。在这种情况下，使用了发送电枢，例如以可通过介电材料而与环境隔离的导电区域制成，该发送电枢朝向类似于接收电枢，从而构成至少两个电容。通过在入口向电容施加电压波，可以发送电力。每个被供给以电压波的电容实际上均可被考虑为是阻抗，因此利用频率足够高的电压波和/或借助于足够大的电容和/或借助于足够高幅度的电压波，有可能有利地从来自电容的耦合的输入中获得足够高的电压波以供给负载。为了根据电容耦合原理实现供电和/或无线充电系统，以下方式是有利的：将每个电容的第一电枢安装在待供电的用户设备(例如移动电话、计算机、电视机等)上，且将每个电容的第二电枢安装在供电设备上、在其上限定合适的供电表面。以这种方式，通过将用户设备侧接到供电设备，或反之亦然，安装在前述各自设备上的电枢实现了上述耦合和电能的传输能力。如果电枢被集成到单片元件(即电容器)中，该系统能有效地用作为ACDC或DCDC电压转换器，其中二级电路由于电容器而与主电路电隔离。如上所述，为了通过电容系统获得高性能，通常需要显著地增大施加到发送电枢的电压，和/或增大电枢的面积，和/或向电枢施加足够高幅度的电压波。由于电枢的面积通常受限于用户设备的几何形状和供电设备的供电表面，或者在单片电容器的情况下，电容通常由因最终瞬时电压峰值而与二级电路的隔离相关的安全原因决定，并且，由于电压幅度的大幅增加将决定安全问题，以及系统尺寸和成本的增加(例如由于实际中高电压需要变压器)，因此，在电容系统中获得高性能的最佳方式是，大大增加施加到发送电枢的电压波的频率。获得这个结果的极为有利的方式在于电路的使用，该电路根据近谐振或完全谐振布局而实现，其中电路拓扑和引导系统使得开关中的动态泄漏能够被最小化或几乎完全消除，从而实现高开关频率和低泄漏。有利地达到这些目标的一类无线电路源自对E、F或E/F类放大器的适当修改，或者还源自谐振或近谐振电路的使用。例如，在2013年10月10日公布的国际专利申请NO.WO2013/150352中描述了这种无线供电/再充电系统的示例。至于传输、并因此交换数据，已知类型的广泛使用的方案包括电缆连接(例如USB、HDMI、以太网、火线、雷电接口等)或无线连接(例如Wi-Fi、蓝牙、zigbee、UWB或其他)，其在距离覆盖、成本、功耗和通带方面具有不同的性能。实际上，有可能使用已知类型的无线能量传输系统，例如Qi无线电池充电器，基于电感耦合来传输其他数据。通过修改这些系统，有可能在供电以外还传输简单的信息，即有限量的数据，例如关于充电状态和/或供电状态、设备和芯片组的ID号、启动信息、暂停、调节充电和/或供电的信息，但这些系统还可以用于传输更复杂的数据包。这些已知系统的主要的缺点之一尤其表现为发送和/或接收电感的尺寸。为了传输足够的电力，这些元件通常具有较高的电感值，因此数据传输有必要限于极小的通带。因此，本专利技术的目的是改进上述限制，特别是实现用于电容式电力传输方法和装置，其能够与电力传输同时且独立于电力传输地以高通带传输数据，尤其是双向交换。本专利技术的进一步目的是实现用于通过电容耦合进行无线传输的方法和装置，其能够同时为多个设备供电，并且同时使数据能在两个或多个设备之间传输。本专利技术的进一步目的是以如下方式实现如上所述的简单且经济的方法和装置：通常不需要数据交换系统的那些设备也可以使用该设备和方法来改善其性能和特性，以及传输对诊断、监测和控制有用的数据。本专利技术的进一步目的是提供占用适量空间的用于传输电力和数据的装置，该装置易于维护、管理简单并且经济制造。
技术实现思路
为了达到上述目的，本专利技术的用于传输电力和数据的装置包括：主电路，其包括能量源；至少一对发送电枢，电枢中的第一个在使用中连接至相对于第二电枢的不同的电位；至少一个电力发送器，其连接至能量源和至少一个电枢；以及至少一个收发器，其连接至发送电枢中的至少一个，该收发器特别适于独立于电力发送器发送的电力而经由发送电枢接收和/或发送数据。利用这个解决方案，可以传送由电力发送器生成的电力，并且同时且独立地发送和/或接收由收发器生成和/或接收的数据信号。在专利技术的进一步方面，装置包括二级电路，该二级电路包括至少一对接收电枢，每个布置在主电路的相应的发送电枢附近；负载，其连接至接收电枢；以及收发器，其连接至接收电枢，该收本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于传输电力和数据的装置，其包括主电路，所述主电路包括：能量源(10)，至少一对发送电枢(100、100’)，电枢中的第一电枢(100)在使用中连接至相对于第二电枢(100’)的不同的电位，至少一个电力发送器(12)，其连接至所述能量源(10)以及电枢(100、100’)中的至少一个，以及至少一个收发器(20)，其连接至所述发送电枢(100、100’)中的至少一个，所述收发器(20)特别适于独立于由所述电力发送器(12)发送的电力而经由所述发送电枢(100、100’)接收和/或发送数据。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.12 IT 1020150000441001.用于传输电力和数据的装置，其包括主电路，所述主电路包括：能量源(10)，至少一对发送电枢(100、100’)，电枢中的第一电枢(100)在使用中连接至相对于第二电枢(100’)的不同的电位，至少一个电力发送器(12)，其连接至所述能量源(10)以及电枢(100、100’)中的至少一个，以及至少一个收发器(20)，其连接至所述发送电枢(100、100’)中的至少一个，所述收发器(20)特别适于独立于由所述电力发送器(12)发送的电力而经由所述发送电枢(100、100’)接收和/或发送数据。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括二级电路，所述二级电路包括：至少一对接收电枢(200、200’)，每个布置在主电路的各发送电枢(100、100')的附近，负载(18)，其连接至所述接收电枢(200、200’)，以及收发器(22)，其连接至所述发送电枢(200、200’)，所述收发器(22)特别适于独立于电力发送而在经由接收电枢(200、200’)进行的接收和/或发送数据中使用。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述主电路还包括：至少一个第一电感(50)，其布置在所述电力发送器(12)与所述发送电枢中的一个发送电枢(100)之间，以及至少一个第二电感(50’)，其布置在所述电力发送器(12)和所述发送电枢中的另一个发送电枢(100’)之间，这些电感位于所述收发器(20)的上游，并且至少一个第一电容器(54)，其布置在所述收发器(20)的一头和发送电枢中的一个发送电枢(100)之间。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述主电路还包括第二电容器(54’)，其布置在收发器(20)的另一头和发送电枢中的另一个发送电枢(100’)之间。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述二级电路还包括：至少一个第一电感(52)，其布置在所述负载(18)和所述发送电枢中的一个发送电枢(200)之间，以及至少一个第二电感(52’)，其布置在所述负载(18)和所述接收电枢中的另一个接收电枢(200’)之间，这些电感位于所述收发器(20)的下游，以及至少一个第一电容器(56)，其布置在所述收发器(22)和所述接收电枢中的一个接收电枢(200)之间，以及至少一个第二电容器(56’)，其布置在所述收发器(22)和所述接收电枢中的另一个接收电枢(200’)之间。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电力发送器(12)还包括：至少一个电感(60)，其在使用中连接至能量源(10)，至少一个电容器(64)，其一侧连接至所述电感(60)，另一侧连接至相对于能量源(10)的较低电位；以及至少一个开关(66)，其一侧与电容器(64)并联连接至所述电感(60)，另一侧连接至相对于能量源(10)的较低的电位。7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电力发送器(12)包括一对开关(66、68)。8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，每个收发器(20、22)包括：数据接收电路(84、84')和数据发送电路(86、86')，每个数据接收电路(86、86')的输出和每个数据接收电路(84、84')的输入与每个第一电容器(54、56)相连，每个第二电容器(54'、56')连接至数据参考电压。9.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述二级电路还包括：电容器(70)，其一侧连接至第一电感(52)与所述负载(18)之间的节点，另一侧连接至开关(71)，所述开关(71)连接至第二电感(52')与所述负载(18)之间的节点。10.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述二级电路还包括连接至所述负载的整流级(105)。11.根据权利要求2-10中任一项所述的装置，其特征在于，由彼此接近布置的至少一个传输电枢(100)和至少一个接收电枢(200)组成的每对电枢是单个单片电容器的组成部分。12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述主电路插入在多层表面的内部。13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述多层表面包括以下：至少一层，其包含一个或多个发送电枢(100)；一层或多层(210)，其特别适于向装置供应必要的电源电压、参考电压和数据连接电压；以及一层或多层，其包含一个或多个以下元件：电力发送器(12)、电感(50、50')、电容器(54、54')和收发器(20)。14.用于传输电力和数据的方法，包括以下步骤：预先配置至少一个主电路，其包括：能量源(10)；至少一对发送电枢(100、100')；至少一个电力发送器(12)，其连接至能量源(10)并连接至发送电枢(100、100')中的至少一个发送电枢；至少一个收发器(20)，其连...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊戈尔·斯皮内拉，
申请(专利权)人：艾格电子工程责任有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利,IT