諸如牙刷的投入式目標設備的充電線圈系統的製作方法
2023-09-17 18:44:05 2
諸如牙刷的投入式目標設備的充電線圈系統的製作方法
【專利摘要】一種用於充電具有可定位在充電容器(25)中的次級線圈(27)的至少一個目標設備(29)的系統和方法，所述充電容器(25)具有連接至電功率源的初級線圈(23)，其中當目標設備定位在容器中時目標設備的次級線圈未精確對準初級線圈。多個操縱線圈(22-22)布置在初級線圈周圍。控制電路(24)按照所選次序改變操縱線圈相對於初級線圈的磁場相位的磁場相位模式，直到確定初級線圈和次級線圈之間的最大功率傳輸。利用最大功率傳輸的操縱線圈相位模式繼續充電目標設備。
【專利說明】諸如牙刷的投入式目標設備的充電線圈系統
【技術領域】
[0001]本發明大體涉及諸如電動牙刷的目標設備的充電系統，更具體地涉及目標設備和目標設備被定位到其中進行充電的杯狀容器充電器的組合的特定充電系統。
【背景技術】
[0002]許多目標設備，例如電動牙刷而且以及其他設備，包括與具有初級線圈的充電底座組件和具有次級線圈的目標設備一起工作的感應式充電系統。這些系統通常要求充電底座和目標設備中的初級線圈和次級線圈分別緊密對準，如對直對準(lined up inregistry)，以實現高效充電和保護充電接口不受幹擾。「投入式(drop in)」充電器系統允許用戶簡單地將目標設備投入容器，如可以用於飲用的玻璃杯，但因為缺乏緊密對準該系統是低效率的。通常，其中目標設備可能未緊密對準初級線圈的這種布置延長充電時間至少50% (如果沒有更多的話)。因為當定位在杯狀結構容器充電器中而不是目標設備所相對緊密地配合的傳統充電器底座時次級線圈通常將相對於初級線圈成角度，所以會出現對準困難。這可以參考圖1。
【發明內容】
[0003]因此，希望具有一種被布置和控制成為使用杯狀容器作為充電器底座的那些充電系統提供最大效率的充電系統。
[0004]因此，用於利用容器充電器充電一個或多個目標設備的系統包括:用於接收一個或多個目標設備的容器充電器，容器的初級線圈可連接電功率源，至少一個目標設備可定位在各器中，目標設備具有次級線圈以致在工作中能量在初級線圈和次級線圈之間傳輸從而充電目標設備中的電池；布置在初級線圈周圍的多個操縱線圈；以及用於控制操縱線圈相對於初級線圈的磁場的磁場相位的控制系統，以便於聚集初級線圈的磁場線從而優化容器充電器中的初級線圈和目標設備中的次級線圈之間的功率傳輸。
[0005]進一步，用於控制定位在容器中的至少一個目標設備的充電的方法，目標設備具有次級線圈和充電容器具有初級線圈，其中多個操縱線圈布置在初級線圈周圍，該方法包括步驟:建立操縱線圈的磁場相對於初級線圈的磁場相位的初始相位狀況模式；確定當操縱線圈處於其初始相位狀況模式時在初級線圈和目標設備中的次級線圈之間的功率傳輸；重複改變操縱線圈的磁場相位狀況模式直到確定在初級線圈和次級線圈之間產生最大功率傳輸的線圈相位模式；以及利用操縱線圈的最大功率傳輸相位模式充電次級線圈。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]圖1和圖2是示出具有杯狀容器的現有技術初級線圈充電系統的立面圖和頂視圖。
[0007]圖3和圖4是示出本文中公開的充電系統的立面圖和頂視圖。
[0008]圖5示出圖3的利用多個目標設備的充電系統的立面圖。[0009]圖6是示出用於控制單個目標設備的充電系統的行為的控制系統中的步驟的流程圖。
[0010]圖7是示出多個目標設備的控制系統中的步驟的流程圖。
【具體實施方式】
[0011]圖1和圖2示出具有定位在底座杯狀容器12中的初級線圈14的現有技術系統
10。初級線圈通過電源線13和變頻系統(未示出)(如果需要的話)連接傳統電源。定位在容器12中用於充電的是目標設備16。目標設備可以例如是電動牙刷，其包括在其底部的次級線圈18。圖1示出立面圖中的初級線圈的磁場，而圖2示出從頂視圖觀察的初級線圈磁場。在圖1和圖2的布置中，目標設備16放置在杯狀容器12中，該杯狀容器12被成形為也用作用戶的飲水或其他液體(如漱口水)的杯子。使用該充電杯狀容器，則不需要單獨的玻璃杯。充電器和飲用玻璃杯的功能在一個單元中實現。
[0012]在典型的充電操作中，容器中的初級線圈14和次級線圈18之間存在能量傳輸，從而對目標設備中的可充電電池20進行充電。圖1的布置的困難在於，初級線圈和次級線圈之間通常沒有用於產生高效地充電的緊密對準。利用傳統的充電器，目標設備垂直定位在相對受限的充電容器中，因此初級線圈和次級線圈固有地緊密對準。然而，使用圖1的容器杯，次級線圈相對於初級線圈成角度地定位；該布置顯著地延長充電時間，與普通充電時間相比較多達50%或更多。
[0013]圖3和圖4示出當前的充電裝置，其包括包圍初級線圈14的多個操縱線圈22-22。在一個實施例中，總共存在八個操縱線圈，但是線圈數量可以多於八個，或小於八個。典型的範圍是2-32個操縱線圈。在所示的實施例中，操縱線圈均勻間隔開，儘管該布置不是必需的。操縱線圈由控制單元24單獨地控制，以產生與初級線圈場同相或異相的操縱線圈磁場。一個或多個操縱線圈也可以處於斷開狀態。
[0014]圖3示出具有與初級線圈場同相的磁場的七個操縱線圈22和具有與初級線圈場180°異相的磁場的一個操縱線圈22A。通常，大多數操縱線圈與初級線圈同相激勵，而少數操縱線圈，通常為一個線圈，與初級線圈180°異相激勵。多個操縱線圈場形成並且聚焦來自初級線圈的磁場線，以致它們更集中地朝著異相操縱線圈的方向。當導致對次級線圈進行充電的所獲得的初級線圈的「被操縱的」場最緊密地與目標設備中的次級線圈的位置對準時，傳輸至次級線圈的功率將增加至最大範圍，因而提高充電系統的效率，這通常提高至傳統充電裝置的效率。
[0015]在圖3和圖4中所示的操縱線圈的布置中，線圈直徑是8mm，有70匝，儘管應當理解，線圈可以採用其他布置和結構。如上所述，操縱線圈的磁場改變容器25中初級線圈23的磁場模式，以致導致最大的能量傳輸至目標設備29中的次級線圈27中，並且因而產生最大充電系統效率。控制系統的功能是確定產生最大傳輸能量的操縱線圈的同相、異相模式。
[0016]在操作中，控制單元24包括控制迴路軟體電路，其中目標設備一般感測來自充電單元的磁場，測量所接收的磁場；確定功率和將接收的功率值發送回充電單元。控制單元反覆調節操縱線圈的磁場的相位，以產生最大功率傳輸。在充電單元和目標設備之間的通信可以通過包括無線方式、光學方式或其他通信方式各種布置進行。獲取最大功率傳輸是由控制單元通過在相對於初級線圈同相或異相之間切換各個操縱線圈的次序來實現，從而確定產生最大功率傳輸的特定磁場模式。通常，次序從所選的異相線圈開始，剩餘線圈與初級線圈同相。異相線圈傾向於朝著其方向牽引磁場，而同相線圈傾向於推動磁場，因而聚焦初級線圈場。當已經確定最大功率傳輸時，控制電路停止其操作，目標設備的充電隨著確定的模式繼續。
[0017]圖6示出用於充電單個目標設備的控制次序。目標設備首先放置在充電單元/容器中，如圖6中的方框30所示。然後充電器以初始或默認配置激活磁場，從而以同相/異相的默認模式激勵各個操縱線圈，例如一個操縱線圈異相，其他操縱線圈同相。這在方框32中示出。目標設備激活(如方框34中所示)並通過測量電壓和電流然後計算功率來確定所接收的功率，如方框36中所示。然後目標設備在方框38中將確定的功率傳送回充電單元(充電器)。然後充電器調節操縱線圈的磁場配置，即對同相模式、異相模式的操縱線圈進行充電，如方框42中所示。
[0018]然後目標設備在方框44中再次確定所接收的功率，並再次將值傳送回充電器，如方框46中所示。關於是否已經測量足夠數量的磁場配置從而正確地獲得最大傳輸功率值做出決定，如決策方框48中所示。如果沒有的話，充電器再次調節磁場配置，迴路繼續，直到來自方框48的輸出是肯定的。然後，充電單元將操縱線圈磁場布置的磁場調節至傳輸最大功率的布置，如最後一個方框50中所示。利用該磁場模式繼續充電目標設備，直到充電完成。
[0019]如上所述，各個操縱線圈的磁場的相位狀況通常將與初級線圈同相或異相，或在某些情況中，一個或多個操縱線圈將斷開。然而，在某些布置中，也可以使用同相或180°異相之間的相位狀況。
[0020]本發明的優勢是，可以利用包括具有次級線圈的目標設備的充電系統實現高效充電，其中次級線圈並未完美對準充電單元中的初級線圈，如圖4中所示，該充電單元在該情況中為容器杯狀充電器，。
[0021]現在參考圖5，本發明可以與不只一個目標設備一起使用。圖5示出兩個目標設備60和62，其中次級線圈61和63定位在具有初級線圈65的充電器/容器64中。操縱線圈在67示出。操縱線圈包圍初級線圈，如同在單個目標設備實施例中。在圖7中所示的控制次序比一個目標設備而言多少更加複雜。圖7與圖6相似，具有相同的容器配置，但是具有第二目標設備。第一目標設備60放置在充電器中；充電器和目標設備激活,第一目標設備確定所接收的功率。然後在默認配置中的操縱線圈磁場的激活之後，第一目標設備開始將其ID和功率發送回充電器(在方框66)。在方框68,第二目標設備62和第一目標設備放置在充電器中。在方框70響應於從初級線圈65接收的功率值第二目標設備激活。第二目標設備在方框72與第一目標設備在方框74 —起測量所接收的功率。在方框78第二目標設備將其自己的ID和接收的功率發送回充電器，以及在方框80將來自第一設備的功率發送回充電器。在方框82，關於對於兩個目標設備而言是否已經測量足夠數量的磁場模式/配置做出決策。一旦已經測量足夠數量的配置，那麼控制單元將操縱線圈磁場模式調節至最高優先杈的目標設備接收最大功率的配置，如方框86中所示。然後充電器繼續以正常方式執行。如圖7中90所代表性地示出的，還可以充電多於兩個目標設備。
[0022]因此，已經公開一種在充電器是容器形式以致當目標設備放置在容器杯中用於充電時目標設備中的次級線圈未對準充電器中的初級線圈時高效地充電目標設備(如電動牙刷)的系統。
[0023]儘管為了說明起見，已經公開本發明的優選實施例，但是應當理解，在不偏離由權利要求所限定的本發明的精神的前提下可以在實施例中併入各種改變、修改、和替代。
【權利要求】
1.一種用於利用容器充電器對一個或多個目標設備進行充電的系統，所述系統包括: 容器充電器(25)，用於接收一個或多個目標設備，所述容器在其中具有可連接至電功率源的初級線圈(23)； 可定位在所述容器中的至少一個目標設備(29)，所述目標設備具有次級線圈(27)以使得在工作中能量在所述初級線圈和所述次級線圈之間傳輸從而對所述目標設備中的電池進行充電； 多個操縱線圈(22-22)，布置在所述初級線圈周圍；以及 控制系統(24)，用於控制所述操縱線圈相對於所述初級線圈的磁場的磁場相位以便於聚焦所述初級線圈的磁場線，從而優化在所述容器充電器中的所述初級線圈和所述目標設備的所述次級線圈之間的功率傳輸。
2.根據權利要求1所述的系統，其中，所述目標設備是電動牙刷。
3.根據權利要求1所述的系統，其中，所述容器是適用於包含供用戶飲用的液體的杯子。
4.根據權利要求1所述的系統，其中，所述操縱線圈在所述初級線圈周圍基本上均勻地間隔開。
5.根據權利要求1 所述的系統，其中，所述操縱線圈的數量在2-32的範圍內。
6.根據權利要求5所述的系統，其中，所述操縱線圈的數量是8個。
7.根據權利要求1所述的系統，其中，所述控制系統執行多個步驟(30，32，34，36，38，42，44，46，48，50)，這些步驟包括響應於從所述目標設備接收的連續功率確定值重複地改變所述操縱線圈的磁場相位，從而確定產生最大功率傳輸的所述磁場相位模式。
8.根據權利要求1所述的系統，其中，所述控制系統根據預先確定的次序改變所述操縱線圈的磁場相位模式。
9.根據權利要求6所述的系統，其中，所述操縱線圈的所述磁場相位狀況包括同相、異相和斷開。
10.根據權利要求1所述的系統，其中，所述控制系統包括一系列步驟(66，68，70，72，74，78，80，82，86)，這些步驟布置為調節從具有單獨ID的多個目標設備所接收的功率值，並且確定在所述初級線圈和所述多個目標設備中的所選目標設備之間產生最大功率傳輸的磁場相位模式。
11.一種用於控制定位在容器中的至少一個目標設備的充電的方法，所述目標設備具有初級線圈，並且所述充電容器具有初級線圈，其中，多個操縱線圈布置在所述初級線圈周圍，所述方法包括步驟: 建立相對於所述初級線圈的磁場相位的所述操縱線圈的磁場的初始相位狀況模式(32)； 激活所述目標設備(34)； 確定當所述操縱線圈處於其初始相位狀況模式時所述初級線圈和所述目標設備中的所述次級線圈之間的功率傳輸(36)； 重複改變所述操縱線圈的所述磁場相位狀況模式，直到確定在所述初級線圈和所述次級線圈之間產生最大功率傳輸的線圈相位模式(42，44，46，48);以及 利用所述操縱線圈的所述最大功率傳輸的相位模式對所述次級線圈進行充電(50)。
12.根據權利要求11所述的系統，其中，所述單獨的操縱線圈的所述相位狀況包括與所述初級線圈同相、與所述初級線圈異相和斷開。
13.根據權利要求10所述的系統，其中，所述操縱線圈的所述相位模式根據預先選擇的次序進行改變直到確定所述最大功率傳輸。
14.根據權利要求11所述的系統，其中，兩個目標設備同時進行充電，並且其中在所述初級線圈和所述兩個目標設備中的所選目標設備之間產生所述最大功率傳輸的相位模式的情況下繼續對所述 兩個目標設備的充電(66，68，70，72，74，78，80，82，86)。
【文檔編號】H02J7/02GK104011962SQ201280063772
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年12月10日 優先權日:2011年12月22日
【發明者】T·J·塞爾斯 申請人:皇家飛利浦有限公司