[go: up one dir, main page]

RU2691528C1 - Contactless power transmission system for vehicle doors - Google Patents

Contactless power transmission system for vehicle doors Download PDF

Info

Publication number
RU2691528C1
RU2691528C1 RU2018114978A RU2018114978A RU2691528C1 RU 2691528 C1 RU2691528 C1 RU 2691528C1 RU 2018114978 A RU2018114978 A RU 2018114978A RU 2018114978 A RU2018114978 A RU 2018114978A RU 2691528 C1 RU2691528 C1 RU 2691528C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
coils
transmitter unit
receiver unit
receiver
Prior art date
Application number
RU2018114978A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Иванович Крохин
Сергей Борисович Крохин
Никита Сергеевич Морозов
Original Assignee
Анатолий Иванович Крохин
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 Анатолий Иванович Крохин filed Critical Анатолий Иванович Крохин
Priority to RU2018114978A priority Critical patent/RU2691528C1/en
Priority to PCT/RU2019/000230 priority patent/WO2019209140A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2691528C1 publication Critical patent/RU2691528C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L1/00Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H02J50/12Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Power-Operated Mechanisms For Wings (AREA)
  • Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.SUBSTANCE: invention relates to wireless transmission of electric power to vehicle doors. Proposed system comprises frame and flap, transmitter unit and receiver unit. Transmitter unit is connected to the frame and comprises a power supply and an oscillatory circuit. Receiver unit is connected to the flap and to the working system unit and comprises an oscillatory circuit. Vibratory circuit of transmitter unit and oscillatory circuit of receiver unit are tuned for operation in resonance mode. Transmitter unit comprises a square-wave generator, a frequency-automatic tuning unit and a power amplifier. Receiver unit is connected to the working system unit via the diode bridge and additionally connected to the energy accumulator. At that, as coils of oscillatory circuits of transmitter unit and receiver unit flat inductors are used, which reverse sides are screened by material from ferromagnetic material, either coils on cup-shaped core from ferromagnetic material, or combination of coil on cup core and flat inductance coil is used.EFFECT: technical result consists in increase in electric power transmission distance.3 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к бесконтактному и беспроводному способу передачи электрической энергии на подвижные кузовные элементы (створки дверей, двери, капоты, крышки) общественного наземного транспорта, а так же передаче энергии на сдвижные двери автомобилей, микроавтобусов, минивэнов и т.д., с возможностью накопления этой энергии в аккумуляторных батареях, конденсатора, суперконденсатора и иных элементах способных принимать, хранить и отдавать энергию для обеспечения питанием всевозможных электрических, электромеханических и электронных устройств и компонентов.The invention relates to a contactless and wireless method of transmitting electrical energy to moving body elements (casement doors, doors, hoods, covers) of public land transport, as well as the transfer of energy to sliding doors of cars, minibuses, minivans, etc., with the possibility of accumulation this energy in batteries, capacitor, supercapacitor and other elements capable of receiving, storing and delivering energy to provide power to all kinds of electrical, electromechanical and electron devices and components.

На сегодняшний день в общественном наземном транспорте и на сдвижных дверях автомобилей чаще всего применяется проводной способ передачи электроэнергии на подвижные кузовные элементы. Это необходимо для обеспечения питанием, например, чувствительной кромки (резистивного сенсора) двери, являющимся одним из основных элементов системы противозажатия пассажиров, а также, например, информационного табло или дисплея, подсветки. В данном случае провод прокладывается от потребителя энергии расположенного на подвижном кузовом элементе (напр. створка двери) к блоку-контроллеру расположенному на неподвижной части транспорта (дверной проём, рабочее место водителя и т.д.). Там где створки дверей или сами двери имеют кинематику движения открытия-закрытия параллельно корпусу (например микроавтобус, минивэн) или внутрь корпуса (метро), широко применяется проводной способ по средством так называемого шлейфа. Но из-за большого кол-ва циклов открытия-закрытия, а также температурных условий эксплуатации со временем происходит износ и обрыв шлейфа. Если же кинематика открытия-закрытия двери, створок дверей представляет из себя движение сразу в нескольких плоскостях, как например на большинстве городских автобусов средней и большой вместительность, то прокладка провода становится затруднительной и не технологичной, а в некоторых случаях противоречащей требованиям технического регламента "ГОСТ Р41.36-2004 (Правила ЕЭК ООН N36) Единообразные предписания, касающиеся сертификации пассажирских транспортных средств большой вместимости в отношении общей конструкции", а именно "5.5.6.4. Все провода должны быть надёжно защищены и прочно прикреплены, чтобы исключалась возможность их обрыва, перетирания или износа." При прокладывании провода его защищают при помощи металлической гофрированной оболочки, но как уже указывалось выше, принимая во внимание все факторы, а именно сложные условия эксплуатации (кол-во циклов открытия/закрытия, температурный диапазон), конструктивные особенности (кинематика движения открытия/закрытии) амплитуду и диапазон изгиба провода во время движения створок и/или дверей, становится понятно что это ненадежный способ, так как вследствие постоянных изгибающих нагрузок и вибраций происходит износ провода и выход его из строя.Today, in public ground transportation and on sliding doors of automobiles, the most commonly used method is wire transmission of electricity to moving body elements. This is necessary to provide power to, for example, the sensitive edge (resistive sensor) of the door, which is one of the main elements of the passenger counter-restraint system, as well as, for example, a bulletin board or display, backlight. In this case, the wire is laid from the energy consumer located on the moving body element (eg door leaf) to the controller unit located on the fixed part of the vehicle (doorway, driver’s workplace, etc.). Where the door leaves or the doors themselves have the kinematics of the opening-closing movement parallel to the body (for example, a minibus, minivan) or inside the body (metro), the wired method is widely used by means of a so-called loop. But because of the large number of opening-closing cycles, as well as the temperature conditions of operation, wear and break of the loop occur with time. If the kinematics of opening and closing doors, door leaves is movement in several planes at once, such as on most city buses of medium and large capacity, the laying of the wire becomes difficult and not technological, and in some cases contrary to the requirements of the technical regulations GOST R41 .36-2004 (UNECE Regulation No. 36) Uniform Regulations Concerning the Certification of Large Capacity Passenger Vehicles with Regard to the General Design ", namely" 5.5.6.4. All prov but it must be well protected and firmly attached to preclude the possibility of cutting, abrasion or wear. " When laying the wire, it is protected using a metal corrugated sheath, but as mentioned above, taking into account all factors, namely, difficult operating conditions (number of opening / closing cycles, temperature range), design features (kinematics of opening / closing movement) the amplitude and range of the bending of the wire during the movement of the sashes and / or doors, it becomes clear that this is not a reliable method, because due to constant bending loads and vibrations, the wire is worn out and leaves it from oh.

Возможно применение бесконтактного способа передачи электроэнергии методом электромагнитной индукции описанного в патентах RU2561456C2, E102004017341 и EP3061895A1. Хотя все указанные технические решения имеют в своем описании бесконтактную передачу энергии, фактически таковыми не являются, так как представляют из себя ни что иное, как трансформатор и имеют между передающей и приемной катушками металлический сердечник, то есть механическую связь, что существенно ограничивает возможности и виды техники на которой данный способ может быть применён. Наиболее подходящим он может быть в тех случаях, когда дверь или створки двери имеют кинематику движения открытия/закрытия строго относительно одной оси или петли, на которой она закреплена. Например, двери распашного типа.It is possible to use a contactless method of transmitting electricity by the electromagnetic induction method described in patents RU2561456C2, E102004017341 and EP3061895A1. Although all these technical solutions have in their description contactless energy transfer, in fact they are not, as they are nothing more than a transformer and have a metal core between the transmitting and receiving coils, that is, a mechanical connection, which significantly limits the possibilities and types technology on which this method can be applied. It may be most appropriate in cases where the door or door leaves have the kinematics of the opening / closing movement strictly relative to one axis or hinge on which it is fixed. For example, hinged doors.

Альтернативой выше упомянутых способов может являться питание электропотребителей от накопителя энергии, например аккумулятора, который устанавливается на подвижные кузовные элементы (створки дверей, двери, капоты, крышки и т.д.). Но и данный вариант обеспечения электропотребителей энергией имеет недостаток для общественного наземного транспорта и автомобилей. А именно, аккумулятор, конденсатор или суперконденсатор необходимо периодически менять либо перезаряжать.An alternative to the above mentioned methods may be the supply of electrical consumers from an energy storage device, such as a battery, which is mounted on moving body parts (door leaves, doors, hoods, covers, etc.). But this option of providing electricity consumers with energy has a disadvantage for public land transport and cars. Namely, the battery, capacitor or supercapacitor must be periodically replaced or recharged.

Чтобы решить задачу с передачей электрической энергии на подвижные кузовные элементы (створки дверей, двери, капоты, крышки и т.д.), а также сдвижные двери автомобилей создается, в буквальном смысле, бесконтактная передача электрической энергии на расстоянии, основанная на принципе индукции. Подобная технология в основном применяется в области бытовой электроники, например, для зарядки смартфонов и подобных устройств, где для этих целей используется так называемый стандарт Qi. В стандарте Qi передача электроэнергии обычно происходит между двумя катушками, которые находятся в фиксированной связи друг с другом в нерезонансных условиях и большое значение для эффективности передачи энергии имеет расстояние и взаимное расположение катушек. Данная технология передачи энергии фактически не реализуема на подвижных кузовных элементах (створки дверей, двери) общественного наземного транспорта и сдвижных дверях автомобилей, так как учитывая конструктивные особенности подвижных кузовных элементов и условия эксплуатации, невозможно обеспечить точное взаимное расположение катушек и расстояние менее 5мм между ними.To solve the problem of transferring electrical energy to moving body parts (door leaves, doors, hoods, covers, etc.), as well as sliding doors of automobiles, there is, literally, non-contact transmission of electrical energy at a distance, based on the principle of induction. This technology is mainly used in the field of consumer electronics, for example, for charging smartphones and similar devices, where the so-called Qi standard is used for these purposes. In the Qi standard, the transmission of electricity usually occurs between two coils that are in fixed communication with each other in non-resonant conditions, and the distance and relative position of the coils are of great importance for the efficiency of energy transfer. This technology of energy transfer is actually not realizable on moving body elements (door leaves, doors) of public ground transportation and sliding doors of cars, since considering the design features of moving body elements and operating conditions, it is impossible to provide an exact mutual arrangement of coils and a distance of less than 5 mm between them.

В техническом решении, описанном в заявке EP3059359(A1) и принятом за прототип, основные проблемы заключаются в следующем. Для повышения эффективности передачи энергии используются сердечники в виде (Е)-профиля и/или (U)-профиля выполненные из спеченного феррита. То есть электромагнитное поле концентрируется в сердечнике передающей катушки и через его торцы передается в торцы сердечника принимающей катушки. В данном случае, необходимо отметить, что крайне важно четкое позиционирование торцов сердечника относительно друг друга, так как при незначительном осевом смещении торцов сердечника друг относительно друга происходит значительное снижение эффективности передачи энергии. Так же, как следует из заявки EP3059359(A1), расстояние между торцами сердечников передающей и принимающей катушек должно быть в пределах 4-10 мм. При этом указано что максимальная эффективность передачи энергии происходит на расстоянии до 8мм. Учитывая конструктивные особенности крепления подвижных кузовных элементов (створок дверей), условия эксплуатации, а также тот факт, что судя по описанию, изобретение предназначено в основном для использования в рамах дверей и окон, которые, как правило, выполнены из пластика или из дерева, тогда как общественный наземный транспорт и автомобили сделаны из разнообразных металлических сплавов (как минимум их каркасные (несущие) части), нельзя применить указанное техническое решение на общественном наземном транспорте. Также в заявке EP3059359(A1) указано, что при изменении расстояния, для сохранения эффективности передачи энергии, необходимо увеличение мощности передающего контура, что достигается за счёт увеличения количества витков передающей и принимающей катушек и заменой задающего частоту конденсатора, который подбирается опытным путём.In the technical solution described in application EP3059359 (A1) and adopted for the prototype, the main problems are as follows. To improve the efficiency of energy transfer, cores are used in the form of (E) -profile and / or (U) -profile made of sintered ferrite. That is, the electromagnetic field is concentrated in the core of the transmitting coil and through its ends is transmitted to the ends of the core of the receiving coil. In this case, it should be noted that a clear positioning of the ends of the core relative to each other is extremely important, since with a slight axial displacement of the ends of the core relative to each other, there is a significant decrease in the efficiency of energy transfer. Also, as follows from the application EP3059359 (A1), the distance between the ends of the cores of the transmitting and receiving coils should be in the range of 4-10 mm. It is indicated that the maximum energy transfer efficiency occurs at a distance of up to 8 mm. Considering the design features of the attachment of movable body elements (door wings), operating conditions, and the fact that judging by the description, the invention is intended mainly for use in door and window frames, which are usually made of plastic or wood, then as public ground transportation and automobiles are made of various metal alloys (at least their frame (bearing) parts), it is impossible to apply this technical solution on public ground transportation. Also in the application EP3059359 (A1) indicated that when the distance changes, to preserve the efficiency of energy transfer, it is necessary to increase the power of the transmitting circuit, which is achieved by increasing the number of turns of the transmitting and receiving coils and replacing the frequency setting capacitor, which is selected empirically.

Принимая во внимание конструктивные и эксплуатационные особенности подвижных кузовных элементов общественного наземного транспорта стояла задача увеличения расстояния передачи энергии как минимум до 20 мм.Taking into account the design and operational features of the moving body elements of public ground transportation, the task was to increase the transmission distance of energy to at least 20 mm.

Указанная задача достигается системой бесконтактной передачи электроэнергии для дверей транспортного средства, содержащей по меньшей мере одну раму и по меньшей мере одну створку, связанный с по меньшей мере одной рамой по меньшей мере один блок передатчика, содержащий источник питания и колебательный контур, и связанный с по меньшей мере одной створкой по меньшей мере один блок приемника, связанный с блоком рабочей системы и включающий колебательный контур, в которой, согласно предложению, колебательный контур блока передатчика и колебательный контур блока приемника настроены на работу в резонансном режиме, при этом блок передатчика содержит генератор прямоугольных импульсов, блок автоподстройки частоты, который автоматически компенсирует отклонения частоты от резонанса согласованных передающего и принимающего контуров, вызванных температурным изменениями компонентов системы, в частности полупроводниковых, вследствие работы в широком диапазоне температур (от -40°C до +60°C), и усилитель мощности, выполненный с возможностью изменения коэффициента усиления без изменения параметров катушек; блок приёмника связан с блоком рабочей системы через диодный мост и дополнительно связан с накопителем энергии.This task is achieved by a contactless power transmission system for a vehicle door containing at least one frame and at least one flap associated with at least one frame, at least one transmitter unit containing a power source and an oscillating circuit, and associated with at least one leaf, at least one receiver unit connected to the working system unit and including an oscillating circuit, in which, according to the proposal, the oscillating circuit of the transmitter unit and the number The receiver circuit of the receiver unit is tuned to operate in a resonant mode, while the transmitter unit contains a square-wave generator and an auto-tuning unit, which automatically compensates for frequency deviations from resonance of matched transmitting and receiving circuits caused by temperature changes in system components, in particular semiconductor ones, due to wide temperature range (from -40 ° C to + 60 ° C), and a power amplifier, configured to change the gain without changing coil parameters; the receiver unit is connected to the working system unit via a diode bridge and is additionally connected to the energy storage device.

Задача решается также равномерным распределением электромагнитного поля между согласованным контурами, что достигается путём применения плоских катушек индуктивности (передающей и принимающей) или катушек на чашечных сердечниках из ферромагнитного материала и подбором их оптимальной добротности и индуктивности. Это позволяет достичь максимально эффективной передачи энергии на расстоянии до 30 мм, а именно обеспечить питанием в несколько ампер какое-либо устройство с большим потреблением тока (например, информационное табло, дисплеи, моторизированные замки) или быстро зарядить накопитель энергии, например перезаряжаемую батарею, суперконденсатор, конденсатор или их сочетание. Заявляемое изобретение позволяет осуществлять передачу электрической энергии с незначительными потерями на расстоянии до 60мм между передающей и принимающей катушками. Для повышения эффективности передачи энергии на расстоянии свыше 25 мм возможно применять для намотки плоских катушек провод "литцендрат" (см., например: http://bourabai.ru/toe/litzendraht.htm). Это проводник особой конструкции, который состоит из большого числа тонких жил, изолированных одна от другой. Жилы переплетены так, что каждая проходит по поверхности и в любом месте поперечного сечения на всём протяжении провода. В таком проводнике ток течёт по поверхности каждой жилы, в результате рабочая площадь поперечного сечения проводника значительно увеличивается.The problem is also solved by a uniform distribution of the electromagnetic field between the matched circuits, which is achieved by using flat inductors (transmitting and receiving) or coils on cup cores made of ferromagnetic material and selecting their optimum quality and inductance. This allows you to achieve the most efficient energy transfer at a distance of up to 30 mm, namely, to provide power to several amperes of any device with high current consumption (for example, an information board, displays, motorized locks) or to quickly charge an energy storage device, such as a rechargeable battery, supercapacitor , condenser or combination thereof. The claimed invention allows the transfer of electrical energy with minor losses at a distance of up to 60 mm between the transmitting and receiving coils. To increase the efficiency of energy transfer at a distance of over 25 mm, it is possible to use a "litz wire" for winding flat coils (see, for example: http://bourabai.ru/toe/litzendraht.htm). This is a conductor of a special construction, which consists of a large number of thin veins, isolated from one another. The veins are intertwined so that each passes over the surface and anywhere in the cross section along the entire length of the wire. In such a conductor, the current flows over the surface of each core, as a result, the working cross-sectional area of the conductor increases significantly.

Необходимо отметить, что применение плоскостных катушек или катушек на чашечных сердечниках из ферромагнетика позволяет располагать передающую и приемную катушки не в строгом взаимном расположении. Для эффективной передачи энергии достаточно располагать приемную катушку в зоне действия передающей катушки, без привязки к осевой линии передающей. Что дает очевидный конструктивный плюс при установке на подвижных кузовных элементах автотранспорта.It should be noted that the use of plane coils or coils on a cup core of a ferromagnet allows the transmitting and receiving coils to be located not in a strict mutual arrangement. For efficient energy transfer, it is sufficient to locate the receiving coil in the coverage area of the transmitting coil, without being tied to the transmitting center line. What gives an obvious constructive plus when installed on moving body elements of vehicles.

Также необходимо отметить, что возможно использование различных комбинаций типов и материалов катушек. Например, передающая на чашечном сердечнике из феррита, а принимающая плоская из литцендрата.It should also be noted that it is possible to use various combinations of coil types and materials. For example, the transmitter on the cup core is made from ferrite, and the receiver is flat from the litsendrate.

Как уже упоминалось выше, в большинстве случаев подвижные кузовные элементы (створки дверей, двери, капоты, крышки), а тем более кузовные каркасные (несущие) части общественного наземного транспорта и автомобилей выполнены из разнообразных металлических сплавов. Данный материал, находясь в зоне действия передающей и принимающей катушек, меняет их индуктивность, что приводит к рассогласованию передающего и приемного контуров, следствием этого становится крайне малоэффективная передача электроэнергии. Особенно заметно эта проблема проявляется в случае использования плоских катушек и может быть решена экранированием обратных плоскостей передающей и принимающей катушек материалом из ферромагнетика. Например, это может быть плёночный феррит. Такое решение позволяет разместить как приемную так и передающую плоские катушки в непосредственной близости от металла, сохраняя при этом максимальную эффективность передачи электрической энергии на большом расстоянии. Если же используются катушки на чашечных сердечниках из ферромагнетика, то дополнительное экранирование не требуется вне зависимости от близости металла. Нельзя не отметить, что процесс передачи энергии возможен и в том случае, если между передающей и приемной катушками будет находиться любой радиопрозрачный и не электропроводящий материал. Например, уплотнитель створок дверей и/или сдвижной двери автомобиля.As mentioned above, in most cases, moving body parts (door leaves, doors, hoods, covers), and moreover body frame elements (carrying) parts of public land transport and cars are made of various metal alloys. This material, being in the zone of the transmitting and receiving coils, changes their inductance, which leads to a mismatch between the transmitting and receiving circuits, resulting in very inefficient transmission of electricity. This problem is especially noticeable in the case of using flat coils and can be solved by shielding the reverse planes of the transmitting and receiving coils with material from a ferromagnet. For example, it can be a film ferrite. This solution allows you to place both the receiving and transmitting flat coils in the immediate vicinity of the metal, while maintaining maximum efficiency of transmission of electric energy at a great distance. If coils on ferromagnetic cup cores are used, then additional shielding is not required regardless of the proximity of the metal. It should be noted that the process of energy transfer is possible even if between the transmitting and receiving coils there will be any radio-transparent and non-conductive material. For example, a sealant of the casement and / or sliding doors of a vehicle

Частота передаваемого переменного тока лежит в диапазоне от 70 кГц до 300 кГц. В этом частотном диапазоне возбуждение слышимых и раздражающих механических колебаний во многом предотвращается, в то время как потери мощности по-прежнему ограничены приемлемым уровнем. Для большинства электронных, электрических и электромеханических устройств (блок рабочей системы) требуется питание постоянного тока для правильной работы. Для этого в схеме после приемного колебательного контура установлен диодный мост, преобразующий индуцированный переменный ток в постоянный.The frequency of the transmitted alternating current lies in the range from 70 kHz to 300 kHz. In this frequency range, the excitation of audible and annoying mechanical vibrations is largely prevented, while the power loss is still limited to an acceptable level. For most electronic, electrical, and electromechanical devices (a working system unit), DC power is required for proper operation. To this end, a diode bridge is installed in the circuit after the receiving oscillatory circuit, which converts the induced alternating current into direct current.

Чтобы обеспечить бесперебойное питание, например, резистивного сенсора, предпочтительно использовать накопитель в виде суперконденсатора (ионистора). Это предотвращает прерывание питания при открытии створки двери и/или двери. Целесообразно использовать суперконденсатор не менее 5 Фарад (25 мВт/ч). По сравнению с аккумулятором, суперконденсатор способен быстрее принимать и отдавать накопленную энергию. Что касается максимально возможных циклов заряда-разряда, срок службы суперконденсатора также значительно превышает срок службы перезаряжаемой батареи. Также стоит упомянуть, что большинство аккумуляторов не подходят по температурном режиму эксплуатации, в данном случае речь идет о минусовых температурах (до -40°C).In order to ensure uninterrupted power supply, for example, of a resistive sensor, it is preferable to use a storage device in the form of a super-capacitor (ionistor). This prevents interruption of power when opening the door leaf and / or door. It is advisable to use a supercapacitor of at least 5 Farads (25 mW / h). Compared to a battery, a supercapacitor is able to quickly receive and release stored energy. As for the maximum possible charge-discharge cycles, the life of the super-capacitor also significantly exceeds the service life of the rechargeable battery. It is also worth mentioning that most batteries are not suitable for temperature operation, in this case we are talking about subzero temperatures (down to -40 ° C).

Заявляемое изобретение поясняется чертежами.The claimed invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 показан, в качестве примера, общий вид на распашные двери транспортного средства.FIG. Figure 1 shows, by way of example, a general view of the hinged doors of a vehicle.

На фиг. 2 показан, в качестве примера, общий вид на раздвижные двери транспортного средства.FIG. 2 shows, by way of example, a general view of the sliding doors of a vehicle.

На фиг. 3 показана схема блока передатчика.FIG. 3 shows a block diagram of a transmitter.

На фиг. 4 показана схема блока приёмника.FIG. 4 shows a diagram of the receiver unit.

На фиг. 5, 6, 7 показано, укрупнённо, взаимное положение блока передатчика и блока приёмника с разными видами катушек.FIG. 5, 6, 7 shows, enlarged, the mutual position of the transmitter unit and the receiver unit with different types of coils.

На чертежах указаны следующие позиции:The drawings indicate the following items:

1. Источник питания.1. Power supply.

2. Генератор прямоугольных импульсов.2. The generator of rectangular pulses.

3. Блок автоподстройки частоты.3. Block auto-tuning frequency.

4. Магнитное (электромагнитное) поле.4. Magnetic (electromagnetic) field.

5. Усилитель мощности.5. Power amplifier.

6. Колебательный контур блока передатчика.6. The oscillatory circuit of the transmitter unit.

7. Передающая катушка индуктивности плоская или на чашечном ферритовом сердечнике.7. Transmitting inductance coil flat or on a cup ferrite core.

8. Конденсатор колебательного контура блока передатчика.8. The capacitor of the oscillating circuit of the transmitter unit.

9. Плёночный феррит.9. Film ferrite.

10. Дверной проём. 10. Doorway.

11. Колебательный контур блока приёмника.11. The oscillatory circuit of the receiver unit.

12. Принимающая катушка индуктивности плоская или на чашечном ферритовом сердечнике.12. The receiving inductance coil is flat or on a cup ferrite core.

13. Конденсатор колебательного контура блока приёмника.13. Condenser of the oscillating circuit of the receiver unit.

14. Диодный мост.14. Diode bridge.

15. Резистивный сенсор.15. Resistive sensor.

16. Створка двери.16. Door leaf.

17. Корпус передающей катушки из пластика.17. The housing of the transmitting coil of plastic.

18. Корпус принимающей катушки из пластика.18. The housing of the host coil of plastic.

19. Суперконденсатор (ионистор).19. Supercapacitor (ionistor).

20. Блок рабочей системы.20. Block working system.

На дверном проёме 10 общественного наземного транспорта и/или автомобиля (микроавтобуса, минивэна) закрепляется передающая катушка 7 в подходящем с точки зрения технологичности крепления месте. При этом части блок передатчика, создающие переменный ток для передающей катушки 7, могут устанавливаться удаленно от самой катушки 7, например, в технологическом люке находящимся сверху дверного проема (фиг.1). Принимающая катушка 12 крепится на подвижном кузовом элементе - створке двери 16 (или двери, капоте, крышке) общественного наземного транспорта и/или на сдвижной двери автомобиля (минивэна, микроавтобуса) напротив передающей катушки 7 в параллельной плоскости. При этом, части блока приёмника могут также крепиться удаленно от принимающей катушки 12.At the doorway 10 of public ground transportation and / or a car (minibus, minivan) the transmitting coil 7 is fixed in a suitable place from the point of view of fixability. In this part of the transmitter unit, creating an alternating current for the transmitting coil 7, can be installed remotely from the coil 7 itself, for example, in the process hatch located on top of the doorway (figure 1). The receiving coil 12 is mounted on a movable body element - door leaf 16 (or door, hood, lid) of public ground transportation and / or on a sliding car door (minivan, minibus) opposite the transmitting coil 7 in a parallel plane. In this case, parts of the receiver unit can also be mounted remotely from the receiving coil 12.

При подаче напряжения от источника питания 1 на передающей катушке 7 генерируется электромагнитное поле, которое в свою очередь индуцирует переменный ток в принимающей катушке 12.When applying voltage from the power source 1 to the transmitting coil 7, an electromagnetic field is generated, which in turn induces an alternating current in the receiving coil 12.

В силу конструктивных особенностей крепления створок дверей общественного наземного транспорта и условий эксплуатации створки двери 16 при закрытии не всегда занимают одинаковое положение полного закрытия. Это означает что взаимное позиционирование передающей и принимающей катушек 7 и 12, а также расстояние между ними может меняться, вследствие чего может меняться эффективность передачи мощности. Чтобы уменьшить эти потери, в блоках приёмника и передатчика применяются плоские катушки (фиг. 5, 6) или катушки на чашечных сердечниках из ферромагнетика (фиг. 6, 7), имеющие достаточно равномерное распределение электромагнитного поля. Для компенсации отклонения частоты от резонанса согласованных контуров, вызванных температурными изменениями компонентов системы, в частности полупроводниковых, в жаркое или холодное время года эксплуатации транспортного средства, используется блок автоподстройки частоты 3.Due to the design features of fastening the casements of the doors of public ground transportation and the operating conditions of the casement of the door 16, when closing, they do not always occupy the same position of complete closing. This means that the mutual positioning of the transmitting and receiving coils 7 and 12, as well as the distance between them, may vary, as a result of which the efficiency of power transmission may change. To reduce these losses, flat coils (Fig. 5, 6) or coils on a cup core from a ferromagnet (Fig. 6, 7), having a fairly uniform distribution of the electromagnetic field, are used in the receiver and transmitter units. To compensate for the frequency deviation from the resonance of the matched circuits caused by temperature changes of the system components, in particular semiconductor, in the hot or cold season of the vehicle operation year, an automatic frequency control unit 3 is used.

Для обеспечения бесперебойного и автономного питания электропотребителей (блок рабочей системы 20), находящихся на створке двери 16, в блоке приема заряда установлен суперконденсатор 19, который способен накапливать энергию. Также блок приемника имеет возможность самодиагностики благодаря применению микроконтроллера и радиомодуля (не показаны).To ensure uninterrupted and autonomous power supply of electrical consumers (unit of working system 20) located on the casement door 16, a supercapacitor 19 is installed in the charge receiving unit, which is capable of storing energy. Also, the receiver unit has the ability to self-diagnose through the use of a microcontroller and a radio module (not shown).

Источник питания 1 имеет мощность, достаточную для обеспечения работоспособности с необходимыми параметрами всех функциональных блоков и узлов. Генератор прямоугольных импульсов 2 создаёт сигнал, состоящий из последовательности импульсов одинаковой длины и одинаковой амплитуды. На данном этапе требований к высокой мощности генерируемых импульсов нет, так как в дальнейшем они будут усилены до уровня, необходимого для передачи энергии. Стабильность периода следования импульсов, то есть их частоты, обеспечивается модулем автоматической подстройки частоты 3. Таким образом, даже при неточных параметрах элементов схемы генератора, изменения номиналов вследствие температурного воздействия или температурного дрейфа, а также из-за воздействия внешних электромагнитных полей или мощных источников электромагнитных сигналов, либо вследствие каких-либо иных внешних воздействий, вызывающих отклонение параметров схемы генератора 2, функционирующий модуль подстройки частоты 3 позволит получить на выходе блока импульсы со строго заданным, необходимым для беспроводной бесконтактной передачи энергии, периодом. Усилитель мощности 5 необходим для поднятия напряжения и тока прямоугольных импульсов до уровня, который обеспечит достаточную для передачи энергии напряжённость электромагнитного поля 4, создаваемого устройством. Само электромагнитное поле 4 создаётся колебательным контуром 6, подробно изображенным на фиг.2, состоящим из катушки индуктивности 7, конденсатора 8, обеспечивающего в паре с катушкой резонансный режим работы, и ферритового экрана 9, изолирующего силовые электромагнитные линии, создаваемые катушкой 7, от внешних металлических объектов, что позволяет эффективно и без существенных искажений и потерь передавать энергию беспроводным бесконтактным способом на створки двери 16 (в том числе сдвижные).The power source 1 has enough power to ensure the health with the required parameters of all functional blocks and nodes. The square wave generator 2 generates a signal consisting of a sequence of pulses of the same length and the same amplitude. At this stage there are no requirements for the high power of the generated pulses, since in the future they will be strengthened to the level necessary for the transmission of energy. The stability of the pulse repetition period, that is, their frequency, is provided by the automatic frequency control module 3. Thus, even with inaccurate parameters of the generator circuit elements, changes in nominal values due to temperature effects or temperature drift, as well as due to the influence of external electromagnetic fields or powerful sources of electromagnetic signals, or due to any other external influences that cause the deviation of the parameters of the oscillator circuit 2, a functioning frequency adjusting module 3 ozvolit receive the output pulses from the block strictly specify necessary for wireless contactless power transmission period. The power amplifier 5 is necessary to raise the voltage and current of rectangular pulses to a level that will provide sufficient for the transmission of energy the strength of the electromagnetic field 4 generated by the device. The electromagnetic field 4 itself is created by an oscillating circuit 6, shown in detail in FIG. 2, consisting of an inductor 7, a capacitor 8 providing a resonant mode of operation coupled with the coil, and a ferrite screen 9 isolating the power electromagnetic lines generated by the coil 7 from external metal objects, which allows efficiently and without significant distortions and losses to transfer energy in a wireless contactless way to the door leaf 16 (including sliding).

Блок приёмника (фиг. 3) система бесконтактной передачи электроэнергии состоит из колебательного контура 11, осуществляющего приём электромагнитного сигнала блока передатчика в резонансном режиме. Колебательный контур 11 блока приёмника состоит из катушки индуктивности 12 и конденсатора 13, обеспечивающего резонансный режим работы контура 11. Электромагнитное поле 4, создаваемое блоком передатчика энергии, создаёт в колебательном контуре 11 блока приёмника ток, который усиливается за счёт резонансного режима работы. Возникающий таким образом переменный ток поступает на диодный мост 14, который выпрямляет его. Образующееся постоянное напряжение используется для питания блока рабочей системы 20 (управляющего устройства, контроллера, сенсоров 15, устройств индикации или иных потребителей электроэнергии), а также для накопления заряда в суперконденсаторе 19. Накопленный заряд может использоваться для обеспечения питанием рабочей системы 20 в те периоды, когда отсутствует передача энергии, например когда приёмная катушка 12, закреплённая на подвижном элементе (створке 16), смещается и выходит из области действия электромагнитного поля, создаваемого передающей катушкой 7 или когда блок передатчик отключен от источника питания 1. Как только изначальные условия будут восстановлены (приёмная катушка 12 попадает в область действия электромагнитного поля 4 передающей катушки 7, беспроводная бесконтактная передача энергии возобновится.The receiver unit (Fig. 3) of the contactless power transmission system consists of an oscillating circuit 11 that receives an electromagnetic signal from the transmitter unit in a resonant mode. The oscillatory circuit 11 of the receiver unit consists of the coil inductance 12 and the capacitor 13, which provides the resonant mode of operation of the circuit 11. The electromagnetic field 4 created by the power transmitter unit creates a current in the oscillatory circuit 11 of the receiver unit, which is amplified by the resonant mode of operation. The resulting alternating current is fed to a diode bridge 14, which rectifies it. The resulting constant voltage is used to power the unit of the working system 20 (control device, controller, sensors 15, display devices or other electricity consumers), as well as to accumulate charge in the supercapacitor 19. The accumulated charge can be used to provide power to the working system 20 during those periods when there is no energy transfer, for example, when the receiving coil 12 mounted on the movable element (flap 16) is displaced and leaves the area of action of the electromagnetic field created by Transmitting coil 7 or when the transmitter unit is disconnected from power source 1. As soon as the initial conditions are restored (receiving coil 12 falls within the range of the electromagnetic field 4 of the transmitting coil 7, the wireless contactless energy transfer will resume.

Согласованность передающего 6 и принимающего 11 контуров на рабочей частоте передачи энергии, задаваемой генератором 2, обеспечивается подбором конденсатора 8 в цепи передающей катушки индуктивности 7 и конденсатора 13 в цепи принимающей катушки индуктивности 12. Вместе система из генератора прямоугольных импульсов заданной частоты 2, модуля автоматической подстройки частоты 3, колебательного контура 6 блока передатчика и колебательного контура 11 блока приёмника образует согласованную резонансную систему, создающую электромагнитное поле на частоте резонанса, осуществляющее перенос энергии от передающей части к приёмной. За счёт использования плоских катушек 7, 12 и ферритового экранирования (фиг. 5) или катушек 7, 12 на чашечном сердечнике из ферромагнитного материала (фиг. 6, 7), силовые линии электромагнитного поля распределены равномерно в сечении плоскости передающей катушки по её площади, а его напряжённость убывает с ростом расстояния между передающим 6 и принимающим 11 колебательным контуром. Это позволяет размещать приёмную катушку 12 в любом месте проекции передающей катушки 7 на плоскость, параллельную приёмной катушке.The consistency of the transmitting 6 and receiving 11 circuits at the operating frequency of energy transfer set by generator 2 is provided by selecting a capacitor 8 in the circuit of the transmitting inductor 7 and a capacitor 13 in the circuit of the receiving inductor 12. Together, the system is from a rectangular generator of a given frequency 2, automatic tuning module frequency 3, oscillatory circuit 6 of the transmitter unit and oscillatory circuit 11 of the receiver unit forms a coherent resonant system creating an electromagnetic field at the resonance frequency, performs the transfer of energy from the transmitting to the receiving part. Due to the use of flat coils 7, 12 and ferrite shielding (Fig. 5) or coils 7, 12 on a cup core of ferromagnetic material (Fig. 6, 7), the lines of force of the electromagnetic field are distributed evenly in the section of the plane of the transmitting coil over its area, and its intensity decreases with increasing distance between the transmitting 6 and receiving 11 oscillatory circuits. This allows you to place the receiving coil 12 in any place of the projection of the transmitting coil 7 on the plane parallel to the receiving coil.

Опытный образец заявляемой системы бесконтактной передачи электрической энергии устанавливался на подвижные створки дверей автобуса ЛиАЗ 5292, для обеспечения питанием чувствительной кромки створки (защита от зажатия). В данном случае конструктив створок и проёма позволяют установить передающей и принимающей блоки в верхней части проёма на расстоянии около 25-30 мм между передающей и принимающей катушками (как на фиг. 1). Блок заряда монтировался в технологическом люке, а передающая катушка 7 – на дверном проёме над блоком 12 принимающим заряд установленным в верхней части створки. В данном случае использовались плоские катушки с ферритовой подложкой, при этом передающая катушка круглая имеет диаметр 43 мм, является двухслойной и имеет индуктивность 24 мкГн, а принимающая имеет прямоугольную форму с размерами 40×30 мм и обладает индуктивностью в 13 мкГн. Резонансные частоты передающего и принимающего контуров согласованны с частотой 200 кГц. Это обеспечивают конденсаторы в колебательных контурах передатчика и приёмника емкостью 33 нФ и 47 нФ соответственно. Блок заряда питается от бортовой сети 24 В и потребляет около 3 А. В приемном блоке в таком случае индуцируется ток, позволяющий обеспечить рабочую систему питанием мощностью около 10 Вт.A prototype of the inventive system of contactless transmission of electrical energy was installed on the moving doors of the LiAZ 5292 bus door, to provide power to the sensitive edge of the sash (protection against clamping). In this case, the constructions of the valves and aperture allow you to install the transmitting and receiving units in the upper part of the aperture at a distance of about 25-30 mm between the transmitting and receiving coils (as in Fig. 1). The charge unit was mounted in the process hatch, and the transmitting coil 7 - on the doorway above the unit 12 receiving the charge installed in the upper part of the sash. In this case, flat coils with a ferrite substrate were used, while the transmitting round coil has a diameter of 43 mm, is two-layered and has an inductance of 24 μH, and the receiving one has a rectangular shape with dimensions of 40 × 30 mm and has an inductance of 13 μH. The resonant frequencies of the transmitting and receiving circuits are consistent with a frequency of 200 kHz. This is ensured by capacitors in the oscillating circuits of the transmitter and receiver with a capacity of 33 nF and 47 nF, respectively. The charge unit is powered by the on-board network of 24 V and consumes about 3 A. In the receiving unit, in this case, a current is induced to provide the working system with a power of about 10 watts.

Claims (3)

1. Система бесконтактной передачи электроэнергии для дверей транспортного средства, содержащая по меньшей мере одну раму и по меньшей мере одну створку, связанный с по меньшей мере одной рамой по меньшей мере один блок передатчика, содержащий источник питания и колебательный контур, и связанный с по меньшей мере одной створкой по меньшей мере один блок приемника, связанный с блоком рабочей системы и включающий колебательный контур, отличающаяся тем, что колебательный контур блока передатчика и колебательный контур блока приемника настроены на работу в резонансном режиме, блок передатчика содержит генератор прямоугольных импульсов, блок автоподстройки частоты и усилитель мощности, а блок приёмника связан с блоком рабочей системы через диодный мост и дополнительно связан с накопителем энергии, при этом в качестве катушек индуктивности колебательного контура блока передатчика и колебательного контура блока приемника использованы плоские катушки индуктивности, и обратные плоскости катушек экранированы материалом из ферромагнетика, или в качестве катушек индуктивности колебательного контура блока передатчика и колебательного контура блока приемника использованы катушки на чашечном сердечнике из ферромагнитного материала, или в качестве катушек индуктивности колебательного контура блока передатчика и колебательного контура блока приемника использовано сочетание катушки на чашечном сердечнике из ферромагнитного материала и плоской катушки индуктивности, обратная плоскость которой экранирована материалом из ферромагнетика.1. A contactless power transmission system for vehicle doors, comprising at least one frame and at least one casement, connected to at least one frame, at least one transmitter unit, comprising a power source and an oscillating circuit, and connected to at least at least one leaf at least one receiver unit connected to the working system unit and including an oscillating circuit, characterized in that the oscillating circuit of the transmitter unit and the oscillating circuit of the receiver unit are tuned They are used to operate in a resonant mode, the transmitter unit contains a square wave generator, a frequency auto-tuning unit and a power amplifier, and the receiver unit is connected to the working system unit via a diode bridge and is additionally connected to the energy storage unit, as well as the inductance coils of the oscillating circuit of the transmitter unit and the oscillating circuit of the receiver unit is used flat inductors, and the inverse planes of the coils are shielded with a material from a ferromagnet, or as inductors and the oscillatory circuit of the transmitter unit and the oscillatory circuit of the receiver unit used coils on a cup core of ferromagnetic material, or as a coil inductance of the oscillating circuit of the transmitter unit and oscillatory circuit of the receiver block used a combination of coils on a cup core of ferromagnetic material and a flat coil inductance, the reverse plane of which shielded by ferromagnetic material. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что для намотки катушек индуктивности использован провод "литцендрат".2. The system of claim. 1, characterized in that the wire "litsendrat" is used to wind the inductors. 3. Система по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что в качестве накопителя энергии содержит суперконденсатор.3. The system under item 1 or 2, characterized in that the energy storage device contains a supercapacitor.
RU2018114978A 2018-04-23 2018-04-23 Contactless power transmission system for vehicle doors RU2691528C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018114978A RU2691528C1 (en) 2018-04-23 2018-04-23 Contactless power transmission system for vehicle doors
PCT/RU2019/000230 WO2019209140A1 (en) 2018-04-23 2019-04-10 Contactless electrical energy transmission system for vehicle doors

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018114978A RU2691528C1 (en) 2018-04-23 2018-04-23 Contactless power transmission system for vehicle doors

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2691528C1 true RU2691528C1 (en) 2019-06-14

Family

ID=66947840

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018114978A RU2691528C1 (en) 2018-04-23 2018-04-23 Contactless power transmission system for vehicle doors

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2691528C1 (en)
WO (1) WO2019209140A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023091041A1 (en) * 2021-11-16 2023-05-25 Акционерное Общество "Абрис" (Ао "Абрис") Device for wirelessly transmitting electrical energy with movable inductors

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2587634A (en) * 2019-10-02 2021-04-07 Univ Of West Bohemia Wireless power supply

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09266643A (en) * 1996-03-28 1997-10-07 Harness Sogo Gijutsu Kenkyusho:Kk Device for transmitting signal power between automobile body and door
US20020117897A1 (en) * 2001-02-27 2002-08-29 Yazaki Corporation Feeder system
CN203039440U (en) * 2012-12-30 2013-07-03 南京邮电大学 Wireless electric energy transmission apparatus with controllable transmission power
RU2510558C1 (en) * 2012-07-19 2014-03-27 Александр Викторович Атаманов Wireless charging system for low-power consumers of electrical energy
EP3059359A1 (en) * 2015-02-17 2016-08-24 Wilh. Schlechtendahl & Söhne GmbH & Co. KG Contactless energy and/or data transfer system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09266643A (en) * 1996-03-28 1997-10-07 Harness Sogo Gijutsu Kenkyusho:Kk Device for transmitting signal power between automobile body and door
US20020117897A1 (en) * 2001-02-27 2002-08-29 Yazaki Corporation Feeder system
RU2510558C1 (en) * 2012-07-19 2014-03-27 Александр Викторович Атаманов Wireless charging system for low-power consumers of electrical energy
CN203039440U (en) * 2012-12-30 2013-07-03 南京邮电大学 Wireless electric energy transmission apparatus with controllable transmission power
EP3059359A1 (en) * 2015-02-17 2016-08-24 Wilh. Schlechtendahl & Söhne GmbH & Co. KG Contactless energy and/or data transfer system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023091041A1 (en) * 2021-11-16 2023-05-25 Акционерное Общество "Абрис" (Ао "Абрис") Device for wirelessly transmitting electrical energy with movable inductors

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019209140A1 (en) 2019-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6114340B2 (en) Detuning in wireless power reception
KR101631198B1 (en) Adaptive impedance tuning in wireless power transmission
KR101760632B1 (en) Adaptive wireless energy transfer system
EP2817861B1 (en) Var control for inductive power transfer systems
EP2539991B1 (en) Wireless power receiver
KR101809292B1 (en) Resonance detection and control within a wireless power system
US20140252875A1 (en) Wireless Power Transmitter, Wireless Power Repeater and Wireless Power Transmission Method
JPWO2012035745A1 (en) Wireless power supply apparatus and wireless power supply system
US20140210407A1 (en) Wireless power apparatus, wireless charging system using the same, and power transceiving method
KR20130043629A (en) Wireless power receiving apparatus capable of providing a high q value
KR20140036188A (en) Wireless power transmitter tuning
RU2691528C1 (en) Contactless power transmission system for vehicle doors
WO2012015839A2 (en) Multi-loop wireless power receive coil
JP6004320B2 (en) Electric lock system
US10965163B2 (en) Compact power transfer mechanism using induced EMF
TWI658670B (en) Wireless charging management system
JP6204767B2 (en) Non-contact power transmission device
JP2017022998A (en) Electric lock system
Suakaew et al. Dynamic wireless power transfer for warehouse robots
JP6904652B2 (en) Communication device of non-contact power supply device