RU2481704C1

RU2481704C1 - Wireless electromagnetic receiver and system of wireless energy transfer

Info

Publication number: RU2481704C1
Application number: RU2011137641/07A
Authority: RU
Inventors: 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: 2011-09-13
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2013-05-10
Also published as: KR20130029002A; RU2011137641A; KR101952593B1

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: system of wireless energy transfer comprising a source of an AC magnetic field and a wireless electromagnetic receiver, receiving energy from a source of an AC magnetic field, besides, the specified receiver includes the first device sensitive to an electromagnetic field, and the second device made as capable of conversion of mechanical energy into electric one, and arranged in contact with the first device, differing by the fact that the first device of the receiver represents an integral solid-state mechanical resonator, made from a magnetostrictive material, and the second device of the receiver represents a converter of mechanical energy of oscillations of the specified resonator into electrical one.

EFFECT: increased received energy by increase of receiver's good quality.

39 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к беспроводной передачи энергии, а именно к системам и устройствам, применяемым для беспроводной передачи энергии.The invention relates to wireless power transmission, and in particular to systems and devices used for wireless power transmission.

Системы для передачи электромагнитной энергии делятся на излучательные и неизлучательные системы. Излучательные системы для передачи энергии основаны на узконаправленных передатчиках и используют электромагнитное излучение 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 narrowly targeted transmitters and use 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 Массачусетским технологическим институтом была запатентована схема резонансной передачи энергии (см. патент США №7741734) [1]. В патенте [1] раскрыт способ передачи электромагнитной энергии, в котором используется система из двух резонаторов, взаимодействующих через нераспространяющееся резонансное поле в ближней зоне. В патенте [1] 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 используют для систем беспроводной передачи энергии, могут быть также использованы в нерезонансных системах (включая излучательные системы).Interest in non-radiative energy transmission systems has grown substantially 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]. The patent [1] 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 [1] 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 radiative systems).

Основным недостатком электромагнитных резонансных структур является сложность разработки чувствительного электромагнитного резонатора малого размера с высокой добротностью (Q). Другой недостаток заключается в сложности разработки электромагнитного резонатора с высокой добротностью и низкой резонансной частотой. В то же время желательно обеспечить как можно более высокую добротность для повышения эффективности передачи энергии.The main disadvantage of electromagnetic resonance structures is the difficulty in developing a sensitive electromagnetic resonator of small size with high quality factor (Q). Another disadvantage is the complexity of developing an electromagnetic resonator with high quality factor and low resonant frequency. At the same time, it is desirable to provide the highest quality factor possible to increase the efficiency of energy transfer.

Использование механического резонатора, возбуждаемого внешним магнитным полем за счет явления магнитострикции, для беспроводной передачи энергии известно из выложенных заявок США №20100015918 [2] и №20090079268 [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 Application Laid-Open No. 20101015918 [2] and No.20090079268 [3].

Наиболее близким по своим признакам к заявляемому изобретению является устройство, описанное в [3]. 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 уменьшение добротности устройства по сравнению с использованием одиночного (несоставного) механического резонатора. Уменьшение добротности в известном решении обусловлено тем, что резонируют не все слои устройства и в нерезонирующих слоях происходит демпфирование колебаний.The closest in its features to the claimed invention is the device described in [3]. 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 decrease in the quality factor of the device compared to using a single (non-composite) mechanical resonator. 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.

Другим недостатком является отсутствие устройства, обеспечивающего линейность магнитострикционных свойств, что снижает чувствительность приемника к переменному магнитному полю.Another disadvantage is the lack of a device that provides linear magnetostrictive properties, which reduces the sensitivity of the receiver to an alternating magnetic field.

Основной задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является разработка резонансного приемника, способного функционировать в системе беспроводной передачи энергии, имеющего высокую добротность, величина которой больше 2000 (Q>2000), и пригодного для малоразмерных (~1 см) и низкочастотных применений (f<1 МГц).The main task to which the claimed invention is directed is to develop a resonant receiver capable of operating in a wireless energy transmission system having a high Q factor greater than 2000 (Q> 2000) and suitable for small (~ 1 cm) and low-frequency applications ( f <1 MHz).

Технический результат достигается за счет разработки усовершенствованной конструкции беспроводного электромагнитного приемника, включающего в себя:The technical result is achieved through the development of an improved design of a wireless electromagnetic receiver, including:

твердотельный механический резонатор, выполненный из магнитострикционного материала;solid-state mechanical resonator made of magnetostrictive material;

преобразователь для преобразования механической энергии указанного резонатора в электрическую энергию, расположенный в непосредственной близости от указанного твердотельного механического резонатора.a converter for converting the mechanical energy of the specified resonator into electrical energy located in close proximity to the specified solid-state mechanical resonator.

Таким образом, заявляемое изобретение основано на использовании одиночного (несоставного) твердотельного магнитострикционного резонатора. Вместо пьезоэлектрического слоя предлагается использовать преобразователь энергии, который расположен в непосредственной близости от резонатора и который устроен таким образом, что его наличие практически не снижает добротности резонатора. Такой подход позволяет значительно увеличить добротность самого приемника.Thus, the claimed invention is based on the use of a single (non-composite) solid-state magnetostrictive resonator. Instead of the piezoelectric layer, it is proposed to use an energy converter, which is located in the immediate vicinity of the resonator and which is arranged in such a way that its presence practically does not reduce the quality factor of the resonator. This approach can significantly increase the quality factor of the receiver itself.

При функционировании беспроводного электромагнитного приемника указанный твердотельный механический резонатор возбуждается внешним электромагнитным полем на частоте, соответствующей резонансной частоте указанного резонатора.When the wireless electromagnetic receiver is operating, said solid-state mechanical resonator is excited by an external electromagnetic field at a frequency corresponding to the resonant frequency of said resonator.

Для эффективного функционирования беспроводного электромагнитного приемника важно, чтобы конструкция указанного преобразователя обеспечивала высокую добротность указанного резонатора.For the effective functioning of the wireless electromagnetic receiver, it is important that the design of the specified Converter provides high quality factor of the specified resonator.

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

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

Согласно заявляемому изобретению указанный твердотельный механический резонатор имеет форму, выбираемую так, чтобы на рабочей частоте возбуждалась механическая резонансная мода.According to the claimed invention, said solid-state mechanical resonator has a shape selected so that a mechanical resonance mode is excited at the operating frequency.

Согласно одному из вариантов выполнения указанный твердотельный механический резонатор имеет форму цилиндра.According to one embodiment, said solid-state mechanical resonator is in the form of a cylinder.

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

Согласно другому варианту выполнения указанный твердотельный механический резонатор имеет форму пластины.According to another embodiment, said 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 помещен в поле постоянного магнита.For the effective functioning of the wireless electromagnetic receiver, it makes sense that the specified solid-state mechanical resonator was placed in the field of a permanent magnet.

Согласно одному из вариантов выполнения указанный постоянный магнит изготавливается из магнитной керамики.According to one embodiment, said permanent magnet is made of magnetic ceramic.

Согласно заявляемому изобретению указанный преобразователь представляет собой электретный конденсаторный преобразователь.According to the claimed invention, said converter is an electret capacitor converter.

Согласно заявляемому изобретению указанный электретный конденсаторный преобразователь содержит два тонких проводящих слоя и зафиксированный рядом с ними электретный слой, расположенный вблизи резонатора.According to the claimed invention, said electret capacitor converter comprises two thin conductive layers and an electret layer fixed next to them located near the resonator.

Согласно одному из вариантов выполнения первый проводящий слой указанного электретного конденсаторного преобразователя представляет собой металлизированную поверхность, покрывающую, по меньшей мере, одну поверхность резонатора.According to one embodiment, the first conductive layer of said electret capacitor converter is a metallized surface covering at least one resonator surface.

Согласно другому варианту выполнения первый проводящий слой указанного электретного конденсаторного преобразователя представляет собой проводник, механически соединенный с поверхностью резонатора.According to another embodiment, the first conductive layer of said electret capacitor converter is a conductor mechanically connected to the surface of the resonator.

Согласно заявляемому изобретению второй проводящий слой указанного электретного конденсаторного преобразователя расположен рядом с резонатором.According to the claimed invention, a second conductive layer of said electret capacitor converter is located next to the resonator.

Согласно заявляемому изобретению структура, состоящая из указанных двух тонких проводящих слоев и электретного слоя, образует предварительно заряженный конденсатор.According to the claimed invention, a structure consisting of these two thin conductive layers and an electret layer forms a pre-charged capacitor.

Согласно заявляемому изобретению указанные два тонких проводящих слоя указанного электретного конденсаторного преобразователя соединены с нагрузкой.According to the claimed invention, said two thin conductive layers of said electret capacitor converter are connected to a load.

Разработанный в рамках заявляемого решения беспроводной электромагнитный приемник имеет более высокую добротность по сравнению с известными основанными на механическом резонансе приемниками-аналогами. При этом в заявляемом беспроводном электромагнитном приемнике предлагается использовать механические резонаторы (вместо использования электромагнитных резонансных структур), которые возбуждают магнитным полем за счет явления магнитострикции. Механические резонаторы могут иметь высокую добротность (Q~103÷104), которая слабо зависит от размера и частоты. Таким образом, такие резонаторы могут найти применение в малоразмерных и низкочастотных системах.The wireless electromagnetic receiver developed as part of the proposed solution has a higher quality factor compared to the known analogue-based receivers based on mechanical resonance. Moreover, in the inventive wireless electromagnetic receiver, it is proposed to use mechanical resonators (instead of using electromagnetic resonant structures), which are excited by a magnetic field due to the phenomenon of magnetostriction. Mechanical resonators can have a high Q factor (Q ~ 103 ÷ 104), which weakly depends on size and frequency. Thus, such resonators can find application in small and low frequency systems.

Кроме того, для решения поставленной задачи также предлагается система для беспроводной передачи энергии, содержащая:In addition, to solve this problem, a system for wireless energy transmission is also proposed, comprising:

источник переменного магнитного поля,source of alternating magnetic field,

беспроводной электромагнитный приемник, который принимает энергию от источника переменного магнитного поля, причем указанный приемник включает в себя:a wireless electromagnetic receiver that receives energy from a variable magnetic field source, said receiver including:

Дополнительно, включенный в систему беспроводной электромагнитный приемник может характеризоваться любым из вышеприведенных признаков.Additionally, the wireless electromagnetic receiver included in the system may be characterized by any of the above features.

Согласно настоящему изобретению предлагается использовать электретный преобразователь, который представляет собой конденсатор, предварительно заряженный при помощи электрета. Одна проводящая поверхность указанного конденсатора представляет собой металлизированную поверхность, покрывающую, по меньшей мере, одну поверхность резонатора, или проводник, механически соединенный с поверхностью резонатора. Механические колебания поверхности резонатора создают переменное напряжение на обкладках конденсатора.According to the present invention, it is proposed to use an electret transducer, which is a capacitor pre-charged with an electret. One conductive surface of said capacitor is a metallized surface covering at least one surface of the resonator, or a conductor mechanically connected to the surface of the resonator. Mechanical vibrations of the resonator surface create an alternating voltage on the capacitor plates.

Предлагаемый беспроводной электромагнитный приемник предназначен для использования в качестве элемента системы беспроводной передачи энергии. Указанная система включает источник переменного магнитного поля и беспроводной электромагнитный приемник, выполненный согласно настоящему изобретению, который принимает энергию от источника. Частота переменного поля, генерируемая источником, соответствует резонансной частоте приемника.The proposed wireless electromagnetic receiver is intended for use as an element of a wireless energy transmission system. The specified system includes a variable magnetic field source and a wireless electromagnetic receiver, made according to the present invention, which receives energy from the source. The frequency of the alternating field generated by the source corresponds to the resonant frequency of the receiver.

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 беспроводного электромагнитного приемника с плоским твердотельным магнитострикционнным резонатором и электретным конденсаторным преобразователем энергии, где:Figure 1 is a diagram of a wireless electromagnetic receiver with a flat solid-state magnetostrictive resonator and an electret capacitor energy converter, where:

101 - плоский твердотельный магнитострикционный резонатор;101 - flat solid-state magnetostrictive resonator;

102 - постоянный магнит;102 is a permanent magnet;

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

104 и 105 -тонкие проводящие слои;104 and 105 are thin conductive layers;

106 - электретный слой;106 - electret layer;

107 - нагрузка.107 - load.

Фиг.2 представляет собой схему беспроводного электромагнитного приемника с твердотельным цилиндрическим магнитострикционным резонатором и электретным конденсаторным преобразователем энергии, где:Figure 2 is a diagram of a wireless electromagnetic receiver with a solid-state cylindrical magnetostrictive resonator and an electret capacitor energy converter, where:

201 - твердотельный цилиндрический магнитострикционный резонатор;201 - solid-state cylindrical magnetostrictive resonator;

102 - постоянный магнит;102 is a permanent magnet;

106 - электретный слой;106 - electret layer;

107 - нагрузка.107 - load.

Фиг.3 представляет собой схему функционирования системы беспроводной передачи энергии, содержащей предлагаемый беспроводной электромагнитный приемник.Figure 3 is a functional diagram of a wireless power transmission system containing the proposed wireless electromagnetic receiver.

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

308 - источник переменного магнитного поля;308 — source of an alternating magnetic field;

309 - приемник.309 is the receiver.

Первой функциональной частью заявленного беспроводного электромагнитного приемника 309 является твердотельный магнитострикционный резонатор 101 или 201 с постоянным магнитом 102 (Фиг.1 и Фиг.2). Твердотельный резонатор 101 выполнен из магнитострикционного материала с высокой добротностью. Например, таким магнитострикционным материалом может быть магнитострикционный феррит. Резонатор предпочтительно имеет форму пластины, цилиндра, прямоугольного бруска или другую форму. Форма резонатора выбирается таким образом, чтобы на рабочей частоте f в резонаторе 101 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 наилучшей для передачи энергии в том случае, если энергия механических колебаний резонатора максимальна, когда мода возбуждена.The first functional part of the claimed wireless electromagnetic receiver 309 is a solid state magnetostrictive resonator 101 or 201 with a permanent magnet 102 (Figure 1 and Figure 2). Solid-state resonator 101 is made of magnetostrictive material with high quality factor. For example, such a magnetostrictive material may be magnetostrictive ferrite. The resonator is preferably in the form of a plate, cylinder, rectangular bar, or other shape. The shape of the resonator is selected in such a way that a mechanical resonance mode is excited at the operating frequency f in the resonator 101. 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 the best for energy transfer if the energy of the mechanical vibrations of the resonator is maximum when the mode is excited.

Резонатор 101 подмагничивается постоянным магнитом 102, расположенным рядом с ним на некотором расстоянии для того, чтобы обеспечить необходимые магнитострикционные свойства 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.The resonator 101 is magnetized by a permanent magnet 102 located next to it at a certain distance in order to provide the necessary magnetostrictive properties of the resonator material and to 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.

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 1. Поэтому предпочтительно использовать специальные магнитострикционные материалы для предложенного приемника.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 1. Therefore, it is preferable to use special magnetostrictive materials for the proposed receiver.

Второй функциональной частью беспроводного электромагнитного приемника 309 является преобразователь энергии. В заявляемом изобретении предлагается использовать электретный преобразователь (Фиг.1 и Фиг.2), который содержит два тонких проводящих слоя 104 и 105, и зафиксированный рядом с ними электретный слой 106, расположенный близко к резонатору 101. Первый проводящий слой 104 представляет собой металлизированную поверхность, покрывающую, по меньшей мере, одну поверхность резонатора 101, или проводник, механически соединенный с поверхностью резонатора 101. Второй проводящий слой 105 расположен рядом с резонатором 101 так, чтобы система, состоящая из проводящих слоев 104 и 105 и электретного слоя, образовывала предварительно заряженный конденсатор. Электретный слой 106 зафиксирован на втором проводящем слое 105. Такая комбинированная структура преобразователя способствует тому, чтобы добротность резонатора не снижалась. Механические колебания поверхности резонатора 101 с проводящими слоями 104 и 105 обуславливают колебания напряжения в конденсаторе. Проводящие слои 104 и 105 соединены с нагрузкой 107.The second functional part of the wireless electromagnetic receiver 309 is an energy converter. In the claimed invention, it is proposed to use an electret transducer (FIG. 1 and FIG. 2), which contains two thin conductive layers 104 and 105, and an electret layer 106 fixed next to them, located close to the resonator 101. The first conductive layer 104 is a metallized surface covering at least one surface of the resonator 101, or a conductor mechanically connected to the surface of the resonator 101. The second conductive layer 105 is located next to the resonator 101 so that the system consisting of conductive layers 104 and 105 and an electret layer formed previously charged capacitor. The electret layer 106 is fixed to the second conductive layer 105. This combined structure of the transducer helps to ensure that the quality factor of the resonator is not reduced. Mechanical vibrations of the surface of the resonator 101 with conductive layers 104 and 105 cause voltage fluctuations in the capacitor. The conductive layers 104 and 105 are connected to a load 107.

Предлагаемый беспроводной электромагнитный приемник 309 может быть использован как элемент системы беспроводной передачи энергии.The proposed wireless electromagnetic receiver 309 can be used as an element of a wireless power transmission system.

Такая система беспроводной передачи энергии (Фиг.3) включает в себя источник 308 переменного магнитного поля и предлагаемый беспроводной электромагнитный приемник 309, выполненный согласно настоящему изобретению, который принимает энергию от источника 308. Частота переменного поля, генерируемая источником 308, соответствует резонансной частоте приемника 309. При этом возможно использование различных источников переменного магнитного поля.Such a wireless power transmission system (FIG. 3) includes a variable magnetic field source 308 and an inventive wireless electromagnetic receiver 309 according to the present invention, which receives energy from a source 308. The frequency of the alternating field generated by the source 308 corresponds to the resonant frequency of the receiver 309 . It is possible to use various sources of alternating magnetic field.

- 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=с/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.

Таким образом, заявляемый приемник, являющийся ключевым элементом системы беспроводной передачи энергии, состоит из двух компонентов: твердотельного резонатора, возбуждаемого внешним переменным магнитным полем посредством магнитострикции, и преобразователя энергии для преобразования механической энергии резонатора в электрическую энергию. Приемник характеризуется использованием механического твердотельного резонатора с высокой добротностью для приема электромагнитной энергии, используя явление магнитострикции.Thus, the inventive receiver, which is a key element of a wireless energy transmission system, consists of two components: a solid-state resonator excited by an external alternating magnetic field through magnetostriction, and an energy converter for converting the mechanical energy of the resonator into electrical energy. The receiver is characterized by using a high-quality mechanical solid-state resonator to receive electromagnetic energy using the magnetostriction phenomenon.

Заявленное изобретение может найти применение в системах беспроводной передачи энергии, в частности оно позволяет снабжать энергией маломощные компактные устройства без использования проводов. При этом заявленное решение особенно пригодно для использования в областях, где предпочтительно применение низких частот, например в биологических системах.The claimed invention can find application in wireless power transmission systems, in particular, it allows you to power low-power compact devices without the use of wires. Moreover, the claimed solution is particularly suitable for use in areas where it is preferable to use low frequencies, for example in biological systems.

Claims

1. A wireless electromagnetic receiver including a device that is sensitive to an electromagnetic field, and a second device configured to convert mechanical energy into electrical energy and in contact with the first device, characterized in that the first device is a solid-state mechanical resonator made from a magnetostrictive material, and the second device is a converter of mechanical vibrational energy of the specified resonator into electrical th.

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. The receiver according to claim 1, characterized in that said converter is configured to maintain a high quality factor of said resonator.

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. The receiver according to claim 1, characterized in that said one-piece solid-state mechanical resonator is made of magnetostrictive ferrite.

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. The receiver according to claim 6, characterized in that the said one-piece solid-state mechanical resonator is made in the form of a cylinder.

8. The receiver according to claim 6, characterized in that the said one-piece solid-state mechanical resonator is made in the form of a bar with a square cross section.

9. The receiver according to claim 6, characterized in that the said one-piece solid-state mechanical resonator is made in the form of a plate.

10. The receiver according to claim 1, characterized in that the said one-piece solid-state mechanical resonator is made with the possibility of magnetization from a permanent magnet.

11. The receiver of claim 10, characterized in that the said permanent magnet is made of magnetic ceramic.

12. The receiver according to claim 1, characterized in that said mechanical energy converter is an electret capacitor converter.

13. The receiver of claim 12, wherein said electret capacitor converter comprises two thin conductive layers and an electret layer fixed next to them.

14. The receiver according to item 13, wherein the first conductive layer of the specified electret capacitor converter is a metallized surface covering at least part of the surface of the resonator.

15. The receiver according to item 13, wherein the first conductive layer of the specified electret capacitor transducer is a conductor mechanically connected to the surface of the resonator.

16. The receiver according to item 13, wherein the second conductive layer of the specified electret capacitor transducer does not mechanically contact with the resonator.

17. The receiver according to any one of paragraphs.13-16, characterized in that the structure consisting of these two thin conductive layers and an electret layer forms a pre-charged capacitor.

18. The receiver of claim 13, wherein said two thin conductive layers of said electret capacitor converter are connected to a load.

19. A wireless energy transmission system comprising an alternating magnetic field source and a wireless electromagnetic receiver receiving energy from an alternating magnetic field source, said receiver including a first electromagnetic field sensitive device and a second device configured to convert mechanical energy into electrical and in contact with the first device, characterized in that the first device of the receiver is a solid solid state a mechanical resonator made of magnetostrictive material, and the second device of the receiver is a converter of mechanical vibrational energy of the specified resonator into electrical one.

20. The system according to claim 19, 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.

21. The system according to claim 19, characterized in that said converter is configured to maintain high quality factor of said resonator.

22. The system according to claim 19, 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.

23. The system according to item 22, wherein the specified one-piece solid-state mechanical resonator is made of magnetostrictive ferrite.

24. The system according to claim 19, 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.

25. The system according to paragraph 24, wherein the specified one-piece solid-state mechanical resonator is made in the form of a cylinder.

26. The system according to paragraph 24, wherein the specified one-piece solid-state mechanical resonator is made in the form of a bar with a square section.

27. The system according to paragraph 24, wherein the specified one-piece solid-state mechanical resonator is made in the form of a plate.

28. The system according to claim 19, characterized in that the said one-piece solid-state mechanical resonator is made with the possibility of magnetization from a permanent magnet.

29. The system of claim 28, wherein said permanent magnet is made of magnetic ceramic.

30. The system according to claim 19, characterized in that the converter is made in the form of an electret capacitor converter.

31. The system of claim 30, wherein said electret capacitor converter comprises two thin conductive layers and an electret layer fixed next to them.

32. The system of claim 31, wherein the first conductive layer of said electret capacitor is a metallized surface covering at least a portion of the surface of the resonator.

33. The system according to p. 31, characterized in that the first conductive layer of the specified electret capacitor transducer is a conductor mechanically connected to at least part of the surface of the resonator.

34. The system according to p. 31, characterized in that the second conductive layer of the specified electret capacitor transducer does not mechanically contact with the resonator.

35. The system according to any one of paragraphs.31-34, characterized in that the structure consisting of these two thin conductive layers and an electret layer forms a pre-charged capacitor.

36. The system of claim 31, wherein said two thin conductive layers of said electret capacitor converter are connected to a load.

37. The system according to claim 19, characterized in that the source of the 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.

38. The system according to claim 19, 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.

39. The system according to claim 19, characterized in that the source of the alternating magnetic field is a radiative 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.