專利名稱：無針式電源耦合的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的目的是提供一種無針式電源耦合系統(tǒng)，更具體地，本發(fā)明涉及穿過基本 平坦表面的有效感應(yīng)電能傳輸。
背景技術(shù)：
利用插頭和插座通常容易電連接。電源插座是固定連接器，該固定連接器相對(duì)于 它們被嵌入其中的表面固定。電源插頭是可移動(dòng)連接器，其適合與電源插座電耦合。插 頭-插座耦合能使硬連接到插頭的可移動(dòng)器件被選擇性連接到電源插座和在需要時(shí)被斷開和移除。在這樣的電耦合中，通常利用針和插座組合將插頭和插座機(jī)械耦合在一起和導(dǎo) 電連接。該針和插座耦合提供使插頭與插座有效對(duì)準(zhǔn)以及防止兩者在使用時(shí)斷開的方法， 并且針，一般是銅或黃銅，與插座內(nèi)襯的導(dǎo)電元件形成電接觸。在傳送電能的地方，例如在 主電源插座中，有電死損傷的危險(xiǎn)，通常在插頭上提供針以便可將帶電線安全屏蔽在電源 插頭的插座內(nèi)。然而，由于帶電線未被完全絕緣，所以存在有關(guān)主插座傷害的危險(xiǎn)，尤其是 對(duì)試圖將小手指或其它物體插進(jìn)帶電插座的孩子有危險(xiǎn)。因此通常提供例如使用插座防護(hù) 裝置等的另外的保護(hù)。而且，插座如果未被維修，則將聚集灰塵，這會(huì)妨礙電連接或甚至阻塞插座，使得 插入針更難。為此，電源插座一般安裝在墻壁上且向上沒有角度。該結(jié)構(gòu)還降低了由于液 體溢出而短路或電死的危險(xiǎn)。用于提供絕緣電連接的感應(yīng)式電源連接器是已知的。例如，Baily等人的美國專 利No. 7，210，940描述了用于傳遞電能給換能器或從換能器傳遞電能并測(cè)量電路的感應(yīng)耦 合。Baily的系統(tǒng)由具有單層螺線管纏繞在鐵磁桿上的公連接器和具有第二單層螺線管的 母連接器構(gòu)成。通過將公連接器插入母連接器中，兩個(gè)螺線管對(duì)準(zhǔn)，在其之間能夠?qū)崿F(xiàn)感應(yīng) 能量傳遞。該耦合提供了密封式信號(hào)連接，而沒有露出的接觸面的缺點(diǎn)。在Baily的系統(tǒng)中母連接器還指的是插座、公連接器指的是針。盡管沒有露出的 接觸面，但這種電源插座不能位于必須是平坦的例如桌面、計(jì)算器等的表面上。由于這樣的 表面一般是正好合適的、其電連接是最便利的，因此這會(huì)導(dǎo)致難看和不便、額外的昂貴電力 連接電纜。已提出了其它的電力傳輸系統(tǒng)，允許電力接收電子器件放置在延伸基座單元上面 覆蓋大面積的任何位置。這些提供了移動(dòng)的自由，而不需要Baily中固有的尾線。在Hui 的美國專利No. 7，164，255中描述了一個(gè)這樣的實(shí)例。在Hui的系統(tǒng)中設(shè)計(jì)平面狀感應(yīng)電 池充電系統(tǒng)以能夠?qū)崿F(xiàn)電子器件再充電。該系統(tǒng)包括具有充電表面的平面狀充電模塊，在 該充電表面上放置了要被充電的器件。在該充電模塊內(nèi)，且平行于充電表面，是至少一個(gè)， 并且優(yōu)選初級(jí)繞組陣列將能量感應(yīng)地耦合到形成在要充電的器件中的次級(jí)繞組。Hui的系 統(tǒng)還提供了次級(jí)模塊，其使得該系統(tǒng)與常規(guī)電子器件一起使用而不提供次級(jí)繞組。這樣的系統(tǒng)適合于給電池充電，因?yàn)樗鼈円话闾峁┝吮容^低的能量感應(yīng)耦合。然 而將意識(shí)到，延伸的基座單元通常不適合于提供許多電子器件的高能量需求，例如Hui的充電表面允許能量在該單元的整個(gè)面積上接近均勻地轉(zhuǎn)移。Sabo 的、標(biāo)題為“Alignment independent and self aligning inductivepower transfer system”的美國專利No. 6，803，744，描述了用于給無線器具充電的感應(yīng)能量傳遞 器件。還解決了無針對(duì)準(zhǔn)次級(jí)感應(yīng)線圈與初級(jí)感應(yīng)線圈的問題。Sabo的器件包括布置成陣 列且經(jīng)由開關(guān)連接至電源的多個(gè)感應(yīng)器，上述開關(guān)選擇性可操作以觸發(fā)各個(gè)感應(yīng)器。感應(yīng) 器用作變壓器的初級(jí)線圈。變壓器的次級(jí)線圈布置在器具內(nèi)。當(dāng)該器具接近能量傳遞器件 與各個(gè)線圈對(duì)準(zhǔn)布置時(shí)，電能被從該器件經(jīng)由變壓器感應(yīng)傳遞到該器具。然而，需要保留成本效率和有效的無針式電源耦合機(jī)構(gòu)，本發(fā)明解決這種需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無針式電源耦合裝置，包括至少一個(gè)無針式電源插座，該插座包括在絕緣層后面屏蔽的初級(jí)線圈以用于感應(yīng)耦合到包括次級(jí)線圈的無針式電 源插頭，其中絕緣層基本上是平坦的，且無針式電源插頭和電源插座可由對(duì)準(zhǔn)裝置對(duì)準(zhǔn)。一般保持所述電源插頭和所述電源插座之間的對(duì)準(zhǔn)，同時(shí)所述電源插頭繞中心軸 旋轉(zhuǎn)360度。任選地，該對(duì)準(zhǔn)選自視覺、聽覺和觸覺裝置。任選地，該絕緣層是半透明的，允許直接視覺對(duì)準(zhǔn)?？蛇x地，給絕緣層做視覺標(biāo)記以指示允許直接視覺對(duì)準(zhǔn)的電源插座的位置。任選地，該對(duì)準(zhǔn)裝置包括配置以在對(duì)準(zhǔn)插頭與電源插座時(shí)指示的照明指示器 (illuminated indicator)。一般，該照明指示器選自包括LED、LED刻度尺和IXD屏的組。優(yōu)選配置視覺指示器以提供接近全對(duì)準(zhǔn)的分級(jí)指示。任選地，該對(duì)準(zhǔn)裝置包括配置以在插頭對(duì)準(zhǔn)電源插座時(shí)指示的聽覺指示器。一般，該聽覺指示器選自包括至少一個(gè)蜂鳴器、至少一個(gè)鈴、至少一個(gè)揚(yáng)聲器、至 少一個(gè)鈴錘及其任意組合的組。任選地，該聽覺指示器被配置以提供接近對(duì)準(zhǔn)的分級(jí)指示。優(yōu)選該對(duì)準(zhǔn)裝置是觸覺指示器，包括至少一個(gè)磁樁(magnetic snag)，配置以與由 無針式電源插頭載送的至少一個(gè)磁錨(magnetic anchor)耦合。在優(yōu)選實(shí)施例中，該磁樁具有環(huán)形結(jié)構(gòu)以便環(huán)形磁錨與所述的磁樁以任意角度嚙
I=I O一般，該磁樁選自包括至少一個(gè)永磁體、至少一個(gè)電磁體和至少一個(gè)鐵磁元件的 組。任選地，該磁錨選自包括至少一個(gè)永磁體、至少一個(gè)電磁體和至少一個(gè)鐵磁元件的組。 優(yōu)選，選擇該磁樁和磁錨的極性使得電源插頭僅與相應(yīng)的電源插座對(duì)準(zhǔn)?？蛇x地，該對(duì)準(zhǔn)裝置是觸覺指示器，選自包括至少一個(gè)吸管、至少一個(gè)鉤環(huán)結(jié)構(gòu)、 至少一個(gè)脊溝結(jié)構(gòu)和其組合的組。本發(fā)明的另一目的在于提供包括無針式電源插座陣列的能量面(powersurface)。一般，該能量面是水平工作面?？蛇x地，該能量面是垂直壁。再次可選地，該能量 面是天花板。本發(fā)明的另一目的在于提供一種無針式電源插頭，包括至少一個(gè)次級(jí)線圈用于感應(yīng)耦合到在絕緣層后面屏蔽的無針式電源插座，其中該絕緣層是基本平坦的，且電源插頭 和電源插座可由該對(duì)準(zhǔn)裝置對(duì)準(zhǔn)。任選地，該無針式電源插頭包括至少兩個(gè)次級(jí)線圈。優(yōu)選該無針式電源插頭適合 與所述初級(jí)線圈陣列耦合，其中所述至少兩個(gè)次級(jí)線圈偏移一定距離，其不同于所述初級(jí) 線圈的所述陣列的內(nèi)線圈間距。任選地，該對(duì)準(zhǔn)裝置包括配置以在插頭對(duì)準(zhǔn)電源插座時(shí)指示的視覺指示器。一般，該視覺指示器選自包括發(fā)光二極管(LED)、LED刻度尺和IXD屏的組。
優(yōu)選該視覺指示器配置以提供接近全對(duì)準(zhǔn)的分級(jí)指示。任選地，該對(duì)準(zhǔn)裝置包括配置以在插頭對(duì)準(zhǔn)電源插座時(shí)指示的聽覺指示器。一般，該聽覺指示器選自包括蜂鳴器、鈴、揚(yáng)聲器、鈴錘及其組合的組。任選地，該聽覺指示器配置以提供接近全對(duì)準(zhǔn)的分級(jí)指示。優(yōu)選該對(duì)準(zhǔn)裝置是觸覺指示器，包括至少一個(gè)磁錨，配置其以與至少一個(gè)無針式電源插座的至少一個(gè)磁樁耦合。一般，磁錨選自包括選自永磁體、電磁體和鐵磁元件清單的元件的組。可選地，該對(duì)準(zhǔn)裝置是觸覺指示器。可選地，該對(duì)準(zhǔn)裝置選自包括吸管、鉤環(huán)結(jié)構(gòu)、對(duì)應(yīng)的梁溝布置及其組合的組。任選地，該無針式電源插頭可通過電源線連接到至少一個(gè)電負(fù)載。可選地，該無針式電源插頭硬連接到至少一個(gè)電負(fù)載。另一方面，本發(fā)明的目的是提供在單一器件中永久性耦合在一起的無針式電源插 頭和電子器件。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是包括耦合到光源的無針式電源插頭的電燈組件。在另一實(shí)施例中，該無針式電源插頭耦合到具有用于針式插頭的至少一個(gè)插座的 移動(dòng)電源插座，且用作將現(xiàn)有的電源器件改型成本發(fā)明的電源插座的適配器。優(yōu)選地，該無針式電源插座提供了 1瓦和200瓦之間范圍內(nèi)的功率。一般，該無針 式電源插座提供了 5瓦至110瓦之間范圍內(nèi)的功率。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，該電源耦合另外包括調(diào)節(jié)器。任選地，該調(diào)節(jié)器是信號(hào) 傳遞系統(tǒng)。因此，本發(fā)明的另一目的在于提供一種信號(hào)傳遞系統(tǒng)，用于在表面層后面的初級(jí) 線圈和與初級(jí)線圈對(duì)準(zhǔn)的次級(jí)線圈之間調(diào)節(jié)能量傳遞；該信號(hào)傳遞系統(tǒng)包括在表面層前面 的至少一個(gè)光發(fā)射器，用于發(fā)射能夠穿透表面層且被表面層后面的至少一個(gè)光接收器接收 的類型和強(qiáng)度的電磁輻射。優(yōu)選，該光發(fā)射器包括發(fā)光二極管。任選地，該光發(fā)射器發(fā)射遠(yuǎn)紅光信號(hào)。一般， 該光接收器選自包括光電晶體管、光電二極管和光敏電阻的組。在優(yōu)選的實(shí)施例中，該表面層由選自包括玻璃、塑料、云母、膠木、木頭、膠合板、帆 布、卡紙板、石頭、油氈和紙的組中的材料構(gòu)成。任選地，該表面層包括由至少一個(gè)光路斷開 的通常不透明的面板，用于將光信號(hào)導(dǎo)引到光接收器。一般，該光路選自包括波導(dǎo)、光纖和 窗口的組。該光信號(hào)可載送屬于下面的組的至少之一的編碼數(shù)據(jù)，該組包括■存在電負(fù)載；
■電負(fù)載所需的工作電壓■電負(fù)載所需的工作電流；■電負(fù)載所需的工作溫度；■電負(fù)載的測(cè)量工作電壓；■電負(fù)載的測(cè)量工作電流；■電負(fù)載的測(cè)量工作溫度，和■用戶標(biāo)識(shí)碼。任選地，該感應(yīng)能量耦合是選自包括變壓器、DC-DC轉(zhuǎn)換器、AC-DC轉(zhuǎn)換器、AC-AC 轉(zhuǎn)換器、回掃變壓器、回掃轉(zhuǎn)換器、全橋轉(zhuǎn)換器、半橋轉(zhuǎn)換器和正向轉(zhuǎn)換器的組的器件。一 般，該初級(jí)線圈與次級(jí)線圈電隔離。在優(yōu)選的實(shí)施例中，該光接收器與所述的初級(jí)線圈同軸，且所述的光接收器與所 述的次級(jí)線圈同軸，使得當(dāng)所述的初級(jí)線圈對(duì)準(zhǔn)所述次級(jí)線圈時(shí)，所述的光接收器對(duì)準(zhǔn)所 述的光發(fā)射器。本發(fā)明的另一方面在于提供一種調(diào)節(jié)穿過感應(yīng)耦合的能量傳遞的方法，該感應(yīng)耦 合包括在表面層后面的初級(jí)線圈和在表面層前面的次級(jí)線圈，該方法包括以下步驟a.在表面層的前面提供至少一個(gè)光發(fā)射器；b.在表面層的后面提供至少一個(gè)光接收器；c.將控制信號(hào)傳達(dá)給所述光發(fā)射器；d.該光發(fā)射器發(fā)射控制信號(hào)作為能夠穿透表面層的類型和強(qiáng)度的電磁輻射；e.通過光接收器接收電磁輻射；和f.根據(jù)該控制信號(hào)調(diào)節(jié)該能量傳遞。任選地，該控制信號(hào)載送負(fù)載的功率需求的細(xì)節(jié)。一般，該方法調(diào)節(jié)穿過感應(yīng)耦合 的能量傳遞，其中該光信號(hào)是通過監(jiān)測(cè)電負(fù)載的至少一個(gè)操作參數(shù)并將監(jiān)測(cè)的參數(shù)數(shù)據(jù)編 碼成光信號(hào)來提供的?？蛇x地或另外地，該方法調(diào)節(jié)穿過感應(yīng)耦合的能量傳遞，其中光信號(hào) 載送屬于選自包括工作電壓、工作電流和工作溫度的組中的至少一個(gè)參數(shù)的數(shù)據(jù)。優(yōu)選，該方法包括監(jiān)測(cè)電負(fù)載的存在的預(yù)備步驟。這里使用的術(shù)語“插座”指的是用于接收和用于提供電能給電插頭的任意的固定 連接器。術(shù)語“插座”不是由連接器的極性定義且不表明具有用于接收插頭的突出針式的 插座。這里使用的術(shù)語“插頭”指的是用于電連接至如上插座的任意的可移動(dòng)連接器。術(shù) 語“插頭”不是由連接器的極性定義且不暗示具有用于適合插座的突出物。將注意，盡管極性基定義有時(shí)用于術(shù)語插座和插頭，但上述定義與IEEESTD 100 和ANSI Y32. 16標(biāo)準(zhǔn)一致。


為了更好地理解本發(fā)明，并示出如何才能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，現(xiàn)在，完全以實(shí)例的方式， 進(jìn)行參考附圖。現(xiàn)在詳細(xì)地具體參考附圖，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是細(xì)節(jié)是以實(shí)例的方式示出的，并且僅是 為了說明性的論述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，且以認(rèn)為是最有用和最容易理解本發(fā)明的原理和概念方面的描述為條件來呈現(xiàn)的。在這點(diǎn)上，除了描述基本理解本發(fā)明所必要的細(xì)節(jié)之外， 并不試圖更詳細(xì)地示出本發(fā)明的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)；結(jié)合附圖的描述，使本領(lǐng)域的技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到 在實(shí)踐中如何實(shí)施本發(fā)明的幾種形式。在附圖中圖1是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的感應(yīng)能量傳遞系統(tǒng)的主要特征的方塊圖；圖2a是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的由無針式電源插座和無針式電源插頭組成的無針式電源耦合的圖示；圖2b_d示出了向計(jì)算機(jī)、電燈泡和無針式電源適配器提供能量的圖2a的電源耦合的三個(gè)示范性應(yīng)用；圖3a和3b分別示出了示意和分解呈現(xiàn)的感應(yīng)線圈的實(shí)例結(jié)構(gòu)；圖4a_c示出了根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例的用來對(duì)準(zhǔn)無針式插頭和無針式插座的三個(gè)示范性觸覺對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)；圖5a_h示出了用于無針式電源耦合的觸覺對(duì)準(zhǔn)裝置的八個(gè)磁性結(jié)構(gòu)；圖6a_e示出了用于無針式電源耦合的三個(gè)示例性插頭安裝的視覺對(duì)準(zhǔn)裝置；圖7a_d示出了用于無針式電源耦合的四個(gè)示范性表面安裝的視覺對(duì)準(zhǔn)裝置；圖8a和8b示出了根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例的供無針式電源耦合使用的聽覺對(duì) 準(zhǔn)裝置；圖9示出了用于調(diào)節(jié)經(jīng)由無針式電源耦合傳送到計(jì)算機(jī)的能量的示例性光發(fā)射 器；圖10是示出用于初始化和調(diào)節(jié)從無針式電源插頭傳送的感應(yīng)能量的示例性信號(hào)傳送系統(tǒng)的主要特征的方塊圖；圖Ila示出了根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例的包括無針式電源插座陣列的能量面；圖lib示出了位于圖Ila的能量面上面的兩個(gè)可移動(dòng)無針式電源插頭；圖Ilc示出了提供有兩個(gè)用于與圖Ila的能量面的初級(jí)線圈耦合的次級(jí)線圈的電源插頭；圖12a_c示出了分別向計(jì)算機(jī)、電燈泡和無針式電源適配器提供能量的圖Ila的能量面的三個(gè)示例性應(yīng)用，和圖13是示出經(jīng)由中間層在初級(jí)單元和次級(jí)單元之間傳遞光控制信號(hào)的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考圖1，其是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例用于向電負(fù)載140無針式提供能量的1000。能量傳遞系統(tǒng)1000包括無針式電源耦合100、對(duì)準(zhǔn)裝置200和能量調(diào)節(jié)器300。無針式電源耦合100包括無針式電源插座110和無針式電源插頭120。無針式電源插座110包括經(jīng)由驅(qū)動(dòng)單元104線連接電源102的初級(jí)感應(yīng)線圈112。無針式電源插頭 120包括線連接電負(fù)載140的次級(jí)線圈122。當(dāng)次級(jí)線圈122靠近初級(jí)線圈112，并且變化 的電壓經(jīng)由驅(qū)動(dòng)單元104施加到初級(jí)線圈112上時(shí)，能量就可以通過電磁感應(yīng)在線圈之間 傳遞。提供對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)200以方便對(duì)準(zhǔn)初級(jí)線圈112和次級(jí)線圈122，其提高了感應(yīng)耦合的效率。調(diào)節(jié)器300在無針式電源插頭120和無針式電源插座110之間提供通訊通道，其可 以用于調(diào)節(jié)能量傳遞。在本發(fā)明的實(shí)施例之間，無針式能量傳遞系統(tǒng)1000的各個(gè)元件可以顯著變化。在 下文中描述示范性實(shí)施例的選擇。這不應(yīng)該理解為以任何方式限制本發(fā)明的范圍。無針式電源耦合現(xiàn)在參考圖2a，其示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的無針式電源耦合100。無針式 插座110，例如其可以并入基本平坦的表面130，可與無針式電源插頭120耦合。無針式電 源插座110包括在絕緣層 后面屏蔽的環(huán)形初級(jí)線圈112，其可以經(jīng)由驅(qū)動(dòng)單元104硬連接到 電源102。例如，驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備可以包括提供高頻振蕩電壓源的開關(guān)單元。無針式電源插頭120包括環(huán)形次級(jí)線圈122，其構(gòu)造成與無針式電源插座的初級(jí) 線圈112感應(yīng)連接，形成能量傳遞耦合，其本質(zhì)上是一個(gè)變壓器。任意地，初級(jí)鐵磁芯114 提供在無針式電源插座110中，并且次級(jí)鐵磁芯124提供在無針式電源插頭120中，以提高 能量傳遞效率。應(yīng)該意識(shí)到，已知現(xiàn)有技術(shù)的針式電源耦合不能很容易地合并成平面。任何針式 耦合的本質(zhì)都是可以插入針式的插座，以確保電源耦合。相互對(duì)照，本發(fā)明第二實(shí)施例的 無針式電源耦合100沒有針或插座，并且因此在方便提供電源的地方，可以并入例如墻、地 板、天花板、桌面、工作臺(tái)、廚房工作面、隔板、門等的平面130的外表面后面。應(yīng)該特別注意，因?yàn)榈诙?shí)施例的初級(jí)線圈112是環(huán)形結(jié)構(gòu)，初級(jí)線圈112與次級(jí) 線圈122的對(duì)準(zhǔn)不依賴于無針式電源插頭120的環(huán)形方向。這允許無針式電源插頭120以 任何方便的角度與無針式電源插座110耦合，以適合用戶的需要，甚至在使用時(shí)旋轉(zhuǎn)。例如，視頻顯示器(VDU)可以經(jīng)由第二實(shí)施例的無針式電源插頭120對(duì)準(zhǔn)并入工 作臺(tái)的第二實(shí)施例的無針式電源插座110吸取電能。因?yàn)榫€圈112、122的環(huán)形結(jié)構(gòu)，可以 在不破壞無針式耦合100的前提下調(diào)節(jié)VDU的角度?，F(xiàn)有技術(shù)的感應(yīng)耦合系統(tǒng)不容易旋轉(zhuǎn)。例如，為了實(shí)現(xiàn)部分旋轉(zhuǎn)，Sabo的美國專利 No. 6，803，744中描述的系統(tǒng)，要求線圈用柔性的導(dǎo)線或電刷連接到非導(dǎo)電性環(huán)形容器主體 上的同心轉(zhuǎn)向器。即使這樣，Sabo的系統(tǒng)也僅允許旋轉(zhuǎn)大約一半的線圈間角。對(duì)照區(qū)別， 本發(fā)明第二實(shí)施例的無針式電源插頭120可以繞著環(huán)形初級(jí)線圈110的中心軸旋轉(zhuǎn)360度 以上，同時(shí)繼續(xù)保持電源耦合100。已經(jīng)知道，通過引入鐵磁芯114、124，相當(dāng)大地提高了感應(yīng)能量傳遞。通過優(yōu)化耦 合100，適合的電負(fù)載例如標(biāo)準(zhǔn)燈、計(jì)算機(jī)、廚房器具等可提取例如10W-200W范圍內(nèi)的功率。根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，圖2a的無針式電源插座110的三個(gè)示范性應(yīng)用，示于 圖2b-d中。參考圖2b，示出了計(jì)算機(jī)140a通過電源線121a連接至第一無針式電源插頭 120a。無針式電源插頭120a感應(yīng)耦合到嵌入于桌面130中的無針式電源插座110。由此無 針式電源插頭120a可從無針式電源插座110提取電能以為計(jì)算機(jī)140a供電，為它的板上 電池或二者供電。用于將電能提供給計(jì)算機(jī)的參數(shù)例如充電電壓和電流取決于計(jì)算機(jī)的型 號(hào)，因此無針式電源插頭120a會(huì)適應(yīng)提供電壓的范圍，一般在5-20V之間，并且傳遞功率達(dá) 200W?？蛇x地或另外，可提供多種無針式電源插座和/或無針式電源插頭，其為各種器具傳 遞各種功率電平。
參考圖2c，示出了連接到與第二無針式電源插頭110成為整體的電燈插座121b的 燈泡140b。無針式電源插頭120b可感應(yīng)耦合到與其對(duì)準(zhǔn)的無針式電源插座110，并且給燈 泡140b直接供電。注意，由電源插頭120b提供的電壓和電能取決于具體的燈泡140b的額 定值。可配置電源插座110以提供適當(dāng)?shù)墓β孰娖胶碗妷?，例如?duì)于閃光型燈為1-12V或 者對(duì)于北美的主燈炮為IlOV或者對(duì)于歐洲的主燈炮為220V。可選地，插頭120b中的次級(jí) 線圈發(fā)射并降壓?，F(xiàn)在參考圖2d，示出了無針式電源插頭適配器120c，在其上面具有常規(guī)的電源插座140c，可利用上面具有常規(guī)的插接插頭的常規(guī)電力電纜(未示出)插接電負(fù)載(未示 出)。示出了無針式插頭適配器120c耦合到嵌入在平坦表面130中的電源插座110。注意， 無針式電源插頭適配器120c可與無針式插座110耦合由此使電能提供給具有針式插頭的 常規(guī)電子器件。一般配置無針式電源插頭適配器120c以提供北美IlOV AC的主電壓信號(hào) 或者歐洲220V AC的主電壓信號(hào)，但如果需要可提供經(jīng)由內(nèi)部整流器包括DC電壓的其它電 壓。用于無針式電源耦合100的感應(yīng)線圈112、122可由卷狀導(dǎo)線制成或者它們可通過 各種技術(shù)例如絲網(wǎng)印刷或蝕刻制造。圖3a和3b分別以示意圖和分解圖示意性地表示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的示范性 感應(yīng)線圈1200。感應(yīng)線圈1200是環(huán)形的且適合于用作無針式電源插座110中的初級(jí)線圈 112或者用作無針式電源插頭120中的次級(jí)線圈122。該線圈相對(duì)其總尺寸提供了特別好的 耦合。感應(yīng)線圈1200通過在基線板1214上疊置多個(gè)導(dǎo)電環(huán)1202a-e形成。感應(yīng)線圈1200 在基線板1214上與兩個(gè)點(diǎn)接觸1212a、1212b接觸。每個(gè)導(dǎo)電環(huán)1202具有前突出觸點(diǎn)1208 和后突出觸點(diǎn)1206，其從扣環(huán)1204的中心徑向突出并且位于絕緣間隙1210的任一側(cè)上。導(dǎo)電環(huán)1202a_e以每個(gè)環(huán)與鄰接它的環(huán)絕緣的方式疊置。配置導(dǎo)電環(huán)1202中的 絕緣間隙1210以便第一環(huán)1202a的前突出觸點(diǎn)1208a與第二環(huán)120b的后突出觸點(diǎn)1206b 接觸。依此，第二環(huán)1202b的前突出觸點(diǎn)1208b與第三環(huán)1402c的后突出觸點(diǎn)1206c接觸 等等，直至環(huán)1202a-e疊在一起形成感應(yīng)線圈1200。最終環(huán)1208e的前突出觸點(diǎn)和第一環(huán) 1206a的后突出觸點(diǎn)在基線板1214上延伸形成與觸點(diǎn)1212a、1212b的電接觸。將意識(shí)到， 這種結(jié)構(gòu)得到了具有無中心軸1203的環(huán)狀感應(yīng)線圈1200，該無中心軸還可容納鐵氧體磁 心、磁性對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)(見下文)和/或光信號(hào)傳遞系統(tǒng)(見下文)。單個(gè)環(huán)1202a_e可通過各種技術(shù)例如電路疊層、電路印刷、制備印刷、電路蝕刻、 沖壓等制造。盡管圖3a和3b中所示的第三實(shí)施例的感應(yīng)線圈1200由僅五個(gè)環(huán)1202a_e組 成，但將意識(shí)到，根據(jù)它們的尺寸，可相當(dāng)大地改變以該方式疊置形成感應(yīng)線圈的環(huán)數(shù)。因 此可形成具有所需性質(zhì)的感應(yīng)線圈。對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)電源耦合100的效率，取決于無針式電源插頭120的次級(jí)線圈122和無針式電源 插座110之間的對(duì)準(zhǔn)?；酒教沟谋砻?30由透明材料例如玻璃或無定形塑料、例如PMMA 制成，用戶能夠直接看見無針式電源插頭110并且因此通過直接視覺觀察使無針式插頭 120與無針式插座110對(duì)準(zhǔn)。然而，基本平坦的表面130是不透明的，可選地對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)200 是有必要的。這樣的對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)200可包括例如觸覺、視覺和/聽覺指示器。觸覺對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)
現(xiàn)在參考圖4a_c，根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例示出了三個(gè)示范性觸覺對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu) 210、220、230。具體參考圖4a，示出了第一觸覺對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)210，其中無針式電源插座110包 括由環(huán)形初級(jí)線圈112圍繞的中心磁樁212以及對(duì)應(yīng)的無針式電源插頭120包括由環(huán)形次 級(jí)線圈122圍繞的中心磁錨214。該實(shí)施例的初級(jí)線圈112由初級(jí)導(dǎo)線113、優(yōu)選圍繞初級(jí)鐵磁芯114的絞合線組成，次級(jí)線圈122由次級(jí)導(dǎo)線123、還優(yōu)選圍繞次級(jí)鐵磁芯124的絞合線組成。當(dāng)對(duì)準(zhǔn)時(shí)，初 級(jí)鐵磁芯114和次級(jí)鐵磁芯124形成磁偶，其會(huì)增加初級(jí)線圈112和次級(jí)線圈122之間的 磁鍵，使得將電能在其之間更有效地傳送。當(dāng)次級(jí)線圈122最佳對(duì)準(zhǔn)無針式電源插座110的初級(jí)線圈112時(shí)，配置中心磁樁 212與由無針式電源插頭120載送的磁錨214嚙合。將意識(shí)到，磁錨214和磁樁212可由 操作者用氈遮蓋，由此提供了對(duì)準(zhǔn)的觸覺指示。另外，錨-樁結(jié)構(gòu)，一旦嚙合了，還用于鎖住 無針式電源插頭120與無針式電源插座110對(duì)準(zhǔn)。中心圓形磁樁212和同心環(huán)形初級(jí)線圈 112的組合，使得具有中心磁錨214的插頭120，繞著中心軸旋轉(zhuǎn)而不會(huì)失去對(duì)準(zhǔn)并因此以 任何方位對(duì)準(zhǔn)。在圖4b中示出了第二觸覺對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)220，其中無針式電源插座110包括四個(gè)磁 角樁222a-d，其布置在圍繞初級(jí)線圈112的四個(gè)點(diǎn)處，是圍繞初級(jí)鐵磁芯114的初級(jí)導(dǎo)線 113。當(dāng)初級(jí)線圈112和次級(jí)線圈122對(duì)準(zhǔn)時(shí)，配置四個(gè)磁角樁222a-d與由無針式電源插 頭120載送的四個(gè)磁角錨224a-d耦合。在次級(jí)線圈122的旋轉(zhuǎn)阻礙能量傳遞或在其它方面不希望的實(shí)施例中，可使用多 個(gè)磁樁222來限制插頭120繞著它的中心軸旋轉(zhuǎn)到四個(gè)具體的對(duì)準(zhǔn)角度。在每個(gè)羅經(jīng)點(diǎn) 處，次級(jí)鐵磁芯124定位并對(duì)準(zhǔn)初級(jí)鐵磁心114。由此提供的初級(jí)鐵磁心114和次級(jí)鐵磁心 124，形成了磁偶，其會(huì)增加初級(jí)線圈112和次級(jí)線圈122之間的磁鍵，使得電能在其之間更 有效地傳送。將意識(shí)到，多個(gè)磁樁222和磁錨224的數(shù)量和結(jié)構(gòu)是可選擇的以提供各種多 個(gè)分離的對(duì)準(zhǔn)角。參考圖4c，示出了第三觸覺對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)230，其中無針式電源插座110包括與初級(jí)線 圈112同心的環(huán)形磁樁232。配置環(huán)形磁樁232和與無針式插頭120中的次級(jí)線圈122同 心的環(huán)形磁錨234嚙合。環(huán)形結(jié)構(gòu)提供了自由中心軸，其可用于容納能量傳遞調(diào)節(jié)的光信 號(hào)系統(tǒng)的光發(fā)射器310和光接收器320。第三觸覺對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)230允許插頭120繞著它的中 心軸旋轉(zhuǎn)而不會(huì)損害初級(jí)線圈112和次級(jí)線圈122之間、或者光信號(hào)系統(tǒng)的光發(fā)射器310 和光接收器320之間的對(duì)準(zhǔn)。由此電源插頭120能以任何的角度定向以適應(yīng)需求。對(duì)于磁偶，將意識(shí)到，插座中的永磁體或電磁體會(huì)對(duì)插頭中的第二永磁體或電磁 體施加吸引力。可選地，該插頭可配備一片含鐵材料，其粘貼到磁體而本身不是磁性的。此 夕卜，該插座可包括粘貼到磁體的鐵片，且該插頭可提供有永磁體或電磁體。參考圖5a_h，通 過說明，示出了用于耦合無針式電源插頭120與無針式電源插座110的八個(gè)可替換的磁體 對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)。永久磁樁241可與永久磁錨244、電磁錨245或鐵磁元件246中任一個(gè)耦合。電 磁樁242可與永久磁錨244、電磁錨245或鐵磁元件246中任一個(gè)耦合。鐵磁樁243可與永 久磁錨244或電磁錨245耦合。注意，無針式電源插座110的初級(jí)鐵磁芯114自身可用作鐵磁樁243?？蛇x地，初 級(jí)線圈112可用作電磁樁242。還要注意，無針式電源插頭120的次級(jí)鐵磁芯124可用作鐵磁錨246?？蛇x地，次級(jí)線圈122可用作電磁錨245。優(yōu)選的磁性對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)示于圖5a中，示出了配置永久磁樁241與永久磁錨244耦合。磁樁241和磁錨244的定向是這樣的，面對(duì)端具有相反的極性使得它們相互有吸引力。 注意，在某些實(shí)施例中提供了兩種不同類型的無針式電源插座120與兩種不同類型的無針 式電源插頭耦合，例如，高電源耦合和低電源耦合。在這種實(shí)施例中重要的是避免例如低電 源插頭與高電源插座對(duì)準(zhǔn)。磁錨可通過利用對(duì)于每種類型的耦合相反的極性防止誤耦合。 因此，低電源插頭可具有北搜索極性磁錨，也就是，與低電源插座上的南搜索極性磁樁嚙 合，并且高電源插頭可具有南搜索極性磁錨以與高電源插座上的北搜索極性磁樁嚙合。如 果該實(shí)施例的低電源插頭設(shè)置得鄰近高電源插座，則北搜索極性磁錨排斥南搜索極性樁并 且該耦合不能對(duì)準(zhǔn)。將意識(shí)到，遠(yuǎn)離磁性機(jī)構(gòu)，可選地可使用其它的錨_樁型觸覺對(duì)準(zhǔn)裝置例如吸管、 鉤環(huán)結(jié)構(gòu)、梁溝結(jié)構(gòu)等。同樣地可設(shè)計(jì)這些選擇性耦合僅選擇共用面中的不同電源插座。視覺對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)參考圖6a_e，示出了用于無針式電源插頭120的示范性視覺對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)。圖6a_c示 出了具有由兩個(gè)指示器LED 粗對(duì)準(zhǔn)指示橙色LED 252和細(xì)對(duì)準(zhǔn)指示綠色LED 254組成的 第一視覺指示器250的無針式電源插頭120。無針式電源插座110隱藏在不透明表面130 下面。圖6a示出了離無針式電源插座110較大距離的無針式電源插頭120，兩個(gè)指示器LED 中沒有一個(gè)被激活。圖6b示出了與無針式電源插座110部分對(duì)準(zhǔn)且橙色指示器LED 252 被點(diǎn)亮的無針式電源插頭120。這向用戶報(bào)警插頭120與無針式電源插座110鄰近，而沒有 與其正確對(duì)準(zhǔn)。參考圖6c，當(dāng)無針式電源插頭120與無針式電源插座110最佳對(duì)準(zhǔn)時(shí)，激活 綠色指示器LED 254給用戶發(fā)信號(hào)，插頭120和(隱藏的)插座110正確對(duì)準(zhǔn)且能夠傳遞 最佳的電能。圖6d示出了條帶260中由多個(gè)LED組成的第二視覺指示器；意識(shí)到，大量LED提 供了鄰近指示的較大的刻度尺，并且?guī)椭脩魧?dǎo)向目標(biāo)追蹤隱藏的插座。參考圖6e，示出了 第三視覺指示器，代替或除了 LED之外，LCD顯示器265可提供替換的視覺指示器，除了提 供對(duì)準(zhǔn)度的指示之外，其例如還可以提供由耦合到插頭的負(fù)載流出的電流的指示。然而，依其本性，無論LED被照亮或未被照亮，鄰近數(shù)據(jù)均可通過閃光、頻率等被 編碼。供給其它類型指示燈的電能的強(qiáng)度可用于指示耦合度，或者可提供閃光指示燈，以便 閃光的頻率指示對(duì)準(zhǔn)度。實(shí)際上，負(fù)載是白熾光源燈，其可直接用于對(duì)準(zhǔn)目的，因?yàn)椴畹膶?duì) 準(zhǔn)會(huì)導(dǎo)致顯著的變暗效果。另外或可選地可提供用于插座_插頭對(duì)準(zhǔn)表面安裝視覺指示器的插頭安裝的視 覺指示器。因此，參考圖7a_d，示出了各個(gè)示范性視覺對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)位于其中已嵌入了無針式電 源插座110的平坦表面130上。在圖7a中，示出了第四視覺指示器，在直接在隱藏的無針 式電源插座110上方的平坦表面130上做了標(biāo)記270。這能夠使用戶使插頭與標(biāo)記270物 理對(duì)準(zhǔn)且由此與隱藏的插座對(duì)準(zhǔn)。圖7b示出了由嵌入在表面130中的兩個(gè)指示器LED組 成的第五視覺指示器272。這按照?qǐng)D6b和6c的實(shí)施例已作必要的修正，以提供對(duì)準(zhǔn)的分級(jí) 指示。同樣，圖7c示出了由嵌入在表面130中的條帶中的多個(gè)LED構(gòu)成的第六視覺指示器 274，用于更大分級(jí)度的對(duì)準(zhǔn)指示，圖7d示出了由嵌入在表面130中的LCD顯示器構(gòu)成的第 七視覺指示器276。
聽覺對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)例如可選地或另外地可提供非視覺對(duì)準(zhǔn)裝置，聽覺信號(hào)可幫助視覺受損實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)。如圖8a所示，無針式電源插頭120可包括蜂鳴器280。可配置蜂鳴器280以例如通過 聲調(diào)、音質(zhì)、音量、音色、嘟嘟頻率等的變化提供對(duì)準(zhǔn)的鄰近分級(jí)指示。可選地聽覺指示裝置 可以是如圖8b所示的表面安裝的，示出了嵌入在表面130中的蜂鳴器285，配置以嗡嗡響的 方式表示是否達(dá)到對(duì)準(zhǔn)。能量調(diào)節(jié)有效的能量傳遞需要調(diào)節(jié)。為了調(diào)節(jié)提供給次級(jí)線圈122的電能的特性，例如電 壓、電流、溫度等，希望從器件到電源插座110的反饋。根據(jù)本發(fā)明另外的實(shí)施例，能量調(diào)節(jié) 器300提供了引線接到負(fù)載的電源插頭120和電源插座110之間的通信通道。第一示范性能量調(diào)節(jié)器300示于圖9中。光發(fā)射器310，例如發(fā)光二極管(LED)， 可結(jié)合在無針式電源插頭120內(nèi)且可操作配置以發(fā)射能夠穿透無針式電源插座120的外殼 127和基本平坦表面130的屏蔽層132之間的類型和強(qiáng)度的電磁輻射。光接收器320，例如 光電二極管、光電晶體管、光敏電阻等，被結(jié)合在無針式電源插座132內(nèi)，用于接收穿過表 面層132發(fā)射的電磁輻射。在優(yōu)選的實(shí)施例中，光發(fā)射器310和光接收器320沿著環(huán)形初 級(jí)線圈112的軸配置。這允許通過無針式電源插頭120的360度旋轉(zhuǎn)保持對(duì)準(zhǔn)。注意，許多材料對(duì)于遠(yuǎn)紅光是部分半透明的。已發(fā)現(xiàn)，來自LED等的相對(duì)低強(qiáng)度的 遠(yuǎn)紅光信號(hào)，能穿透幾百微米的常見材料例如塑料、卡紙板、膠木或紙片，到足夠的程度，使 得在0. Imm至2mm這種材料的薄片后面的光接收器320，例如光電二極管、光電晶體管、光敏 電阻等，可以接收和處理該信號(hào)。例如，在850nm在24度以上從Avago HSDL-4420 LED發(fā) 射的信號(hào)，會(huì)被來自0.8mm膠木薄片后面的Everlight PD15-22C-TR8NPN光電二極管檢測(cè) 到。為了發(fā)信號(hào)的目的，可忍受高度衰減，且僅穿透小部分，發(fā)射的0. 1 %的信號(hào)強(qiáng)度是足夠 的。因此可使用遠(yuǎn)紅光信號(hào)以通過幾百微米的常見薄片材料例如木頭、塑料、膠木、膠合板、 玻璃等提供彼此電隔離的初級(jí)單元和次級(jí)單元之間的通信通道。中間表面層對(duì)于遠(yuǎn)紅光是不透明的，尤其是中間表面層較厚，可提供光路將信號(hào) 導(dǎo)引到光接收器320。一般，該光路是波導(dǎo)例如光纖，可選地，光接收器320可放置在面對(duì)該 表面的開口后面且被半透明窗口覆蓋。在感應(yīng)耦合時(shí)，可使用通信通道以在初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間傳遞數(shù)據(jù)。例如，該 傳遞的數(shù)據(jù)可用于調(diào)節(jié)能量傳遞。一般該信號(hào)載送屬于下面列出的一個(gè)或多個(gè)項(xiàng)目的編碼 數(shù)據(jù)■存在電負(fù)載；■電負(fù)載所需的工作電壓■電負(fù)載所要的工作電流；■電負(fù)載所需的工作溫度；■電負(fù)載的測(cè)量工作電壓；■電負(fù)載的測(cè)量工作電流；■電負(fù)載的測(cè)量工作溫度，和■用戶標(biāo)識(shí)碼。這種信號(hào)在與本發(fā)明可用的各種感應(yīng)能量耦合中是有用的，例如變壓器、DC-DC轉(zhuǎn)換器、AC-DC轉(zhuǎn)換器、AC-AC轉(zhuǎn)換器、回掃變壓器、回掃轉(zhuǎn)換器、全橋轉(zhuǎn)換器、半橋轉(zhuǎn)換器和正 向轉(zhuǎn)換器?，F(xiàn)在參考圖10，方塊圖示出了示范性信號(hào)傳遞系統(tǒng)的主要特征，用于根據(jù)能量調(diào) 節(jié)器300的第二實(shí)施例觸發(fā)和調(diào)節(jié)感應(yīng)能量傳遞。感應(yīng)能量出口，例如無針式電源插座 110，配置其以與次級(jí)單元耦合，例如無針式電源插頭120，通過表面層130由此隔離。將電 能傳遞到引線接到無針式電源插頭120的電負(fù)載140。無針式電源插座110包括初級(jí)感應(yīng)線圈112、半橋驅(qū)動(dòng)器103、多路復(fù)用器341、初 級(jí)微控制器343、品質(zhì)檢測(cè)器345和光接收器347。次級(jí)單元，例如無針式電源插頭120，由 次級(jí)線圈122、接收器342、次級(jí)微處理器344、光發(fā)射器346和負(fù)載連接開關(guān)348組成。感應(yīng)能量出口的初級(jí)感應(yīng)線圈112由從多路復(fù)用器341接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)SD的半橋 驅(qū)動(dòng)器103驅(qū)動(dòng)。多路復(fù)用器341在初始信號(hào)S1或調(diào)制信號(hào)Sm之間選擇。初始信號(hào)S1提 供了檢測(cè)裝置用于在存在次級(jí)單元120時(shí)激活感應(yīng)能量出口 110。一旦激活了，調(diào)制信號(hào)Sm 就會(huì)提供用于調(diào)節(jié)從能量出口 110到次級(jí)單元120的能量傳遞的裝置。在能量出口 110處于非激活時(shí)，次級(jí)單元檢測(cè)是通過間歇地發(fā)送初始信號(hào)S1至多 路復(fù)用器341的初級(jí)微控制器343提供的。多路復(fù)用器341將初始信號(hào)S1傳達(dá)給半橋驅(qū)動(dòng) 器103，其會(huì)導(dǎo)致由初級(jí)線圈112發(fā)射的低帶電檢測(cè)脈沖。如果次級(jí)單元120與感應(yīng)能量出 口 110對(duì)準(zhǔn)，則低帶電檢測(cè)脈沖會(huì)穿過表面層130感應(yīng)地轉(zhuǎn)移到次級(jí)線圈122。配置接收器 342以接收該檢測(cè)脈沖并將檢測(cè)信號(hào)傳送給次級(jí)微控制器344，該次級(jí)微控制器344發(fā)送信 號(hào)給負(fù)載連接器開關(guān)348以連接負(fù)載并觸發(fā)光發(fā)射器346穿過表面層130發(fā)射光信號(hào)，確 認(rèn)次級(jí)單元120處于適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｔ谀芰砍隹?110中光信號(hào)由光接收器347接收，然后被 傳送到發(fā)送確認(rèn)信號(hào)給初級(jí)微控制器343的品質(zhì)檢測(cè)器345。初級(jí)微控制器343則通過觸 發(fā)多路復(fù)用器341選擇調(diào)制信號(hào)Sm調(diào)節(jié)能量傳遞來激活能量出口 110。調(diào)制信號(hào)Sm直接來自光接收器347并且用于調(diào)節(jié)半橋驅(qū)動(dòng)器103的占空因數(shù)。轉(zhuǎn) 移到次級(jí)單元120的能量是通過次級(jí)微控制器344監(jiān)測(cè)的。次級(jí)微控制器344生成調(diào)制信 號(hào)Sm并將其發(fā)送給光發(fā)射器346，其發(fā)射數(shù)字光信號(hào)。調(diào)制信號(hào)Sm由此被初級(jí)單元110的 光學(xué)檢測(cè)器347接收，傳送給多路復(fù)用器341并用于調(diào)節(jié)半橋驅(qū)動(dòng)器103?，F(xiàn)有的感應(yīng)能量傳遞系統(tǒng)控制并調(diào)節(jié)來自初級(jí)單元110的電能。經(jīng)過對(duì)比，該第 二實(shí)施例的能量調(diào)節(jié)器的特征是能量傳遞被從次級(jí)單元120發(fā)送的數(shù)字信號(hào)初始化并調(diào) 節(jié)。本發(fā)明的該實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是控制信號(hào)是由無針式電源插頭120內(nèi)的次級(jí)微控制器 344確定的，電源插頭120被硬連接到負(fù)載。因此，次級(jí)微控制器344的導(dǎo)電通信通道可用 于發(fā)射模擬信號(hào)給次級(jí)微控制器344用于監(jiān)測(cè)能量傳遞，并且數(shù)字信號(hào)可用于在無針式電 源插頭120和無針式電源插座110之間通信。多線圈系統(tǒng) 利用多個(gè)感應(yīng)線圈會(huì)方便無針式電源插頭與無針式電源插座的對(duì)準(zhǔn)，由此增加了 對(duì)準(zhǔn)位置數(shù)。多個(gè)無針式電源插座110a-n示于圖1 Ia中，根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例被布置成覆 蓋延伸表面1300的電源陣列1100。電源陣列1100允許無針式電源插頭120在表面1300 上方的多個(gè)位置與電源插座110對(duì)準(zhǔn)。注意，盡管在圖Ila中示出了矩形布置，但優(yōu)選其他 結(jié)構(gòu)，例如六邊形密集布置。任選地可提供多層交疊的電源插座110。由于電源插頭可與電源插座llOa-n中的一些對(duì)準(zhǔn)布置，所以可提供供電面，其可以給布置在幾乎任何位置上面 的插頭120提供電力，或者甚至給電源陣列1100上方運(yùn)動(dòng)著的插頭提供電力。參考圖11b，示出了兩個(gè)無針式電源插頭120A、120B位于包括多個(gè)嵌入式插座的 單個(gè)電源陣列1100上。插頭120A、120B能夠平行于如由箭頭所示的表面1300自由移動(dòng)。 當(dāng)沿著電源陣列1100移動(dòng)的插頭120接近插座110時(shí)，與120相關(guān)的錨214和與插座110 相關(guān)的樁212耦合而使初級(jí)線圈112與次級(jí)線圈122對(duì)準(zhǔn)。當(dāng)電源插頭120A位于兩個(gè)插座IlOkUlOl之間時(shí)，它的錨214a未與任何的樁212 嚙合。因此，電源插頭120A的次級(jí)線圈122A未與任何的初級(jí)線圈112對(duì)準(zhǔn)。在這種情況 下，例如橙色LED指示器252A可用于向用戶指明插頭120A靠近初級(jí)線圈112但未與其最 佳對(duì)準(zhǔn)。電源插頭120B與電源插座IlOb直接成一直線，使得它的錨214B與嵌入在電源插 座I lOb中的樁212b嚙合，次級(jí)線圈122B與插座IlOb的初級(jí)線圈112b最佳對(duì)準(zhǔn)，并且這 可由例如綠光LED指示器254B指示?，F(xiàn)在參考圖11c，示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的提供有多個(gè)次級(jí)線圈1202a、 1202b的電源插頭1200。在電源插頭的次級(jí)線圈1202中的任一個(gè)與任一初級(jí)線圈112對(duì) 準(zhǔn)時(shí)會(huì)發(fā)生有效的感應(yīng)能量傳遞。注意，已知的多線圈電源插頭例如在Sabo的美國專利 No. 6，803，744中描述的雙線圈插頭，必須是具體化且非旋轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)的，以便兩個(gè)次級(jí)線圈都 被同時(shí)耦合到初級(jí)線圈。與現(xiàn)有技術(shù)相比，在本發(fā)明的實(shí)施例的多線圈電源插頭1200中， 一次只有一個(gè)次級(jí)線圈1202與一個(gè)初級(jí)線圈110對(duì)準(zhǔn)。因此可以任意的角度實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)并 且多線圈電源插頭1200可繞初級(jí)線圈110的軸X旋轉(zhuǎn)360度以上。此外，在多線圈電源插頭1200中，可有利地選擇次級(jí)線圈1202之間的距離不同于 電源平臺(tái)陣列的內(nèi)線圈間距。然后可使多線圈電源插頭1200在能量面110上方橫向移動(dòng) 并且電源陣列1100的驅(qū)動(dòng)單元可激活最靠近多線圈電源插頭1200設(shè)置的初級(jí)線圈。隨著 多線圈電源插頭1200橫向移動(dòng)，次級(jí)線圈1202a、1202b都會(huì)從它們附近的初級(jí)線圈接收電 能。被轉(zhuǎn)移到次級(jí)線圈1202a、1202b的電能進(jìn)行二極管求和以得到總電壓輸出。因?yàn)閮蓚€(gè) 次級(jí)線圈1202a、1202b都不會(huì)同時(shí)對(duì)準(zhǔn)，所以總輸出電壓是平穩(wěn)的并且可防止一般與能量 傳遞移動(dòng)電源插頭有關(guān)的能量波動(dòng)。這會(huì)增加總體效率并且減少對(duì)提供給電源陣列1100 的電源中的大變化的需求。已模擬了感應(yīng)能量傳遞模型來測(cè)量以8. 8cm的內(nèi)線圈間距從能量面能量傳遞到 多個(gè)次級(jí)線圈的效率。僅將電壓施加到最靠近一對(duì)隔開4. 4cm(表面內(nèi)線圈間距的一半) 的次級(jí)線圈的初級(jí)線圈，隨著該對(duì)次級(jí)線圈沿著該表面進(jìn)行橫向平移，傳遞到該對(duì)次級(jí)線 圈的總能量效率不會(huì)落在80%以下。通過增加次級(jí)線圈數(shù)，例如模擬彼此隔開2. 9cm的三 元次級(jí)線圈，進(jìn)一步提高了該效率，獲得了 90%的效率。在提供多層能量面的本發(fā)明的其它實(shí)施例中，每層的初級(jí)線圈都會(huì)偏離其他的， 例如偏離表面內(nèi)線圈間距的一半。單線圈無針式電源插頭可放置在多層能量面和能量面的 驅(qū)動(dòng)單元上，配置其以僅激活最靠近與電源插頭的次級(jí)線圈對(duì)準(zhǔn)布置的多層能量面內(nèi)的初 級(jí)線圈，而不管它的層。以該方式，大大穩(wěn)定了傳遞給接收線圈的電壓、效率和能量。電源陣列1100可結(jié)合在便于提供電力的任意平坦表面1300內(nèi)。這種表面包括墻 壁、地面、天花板、桌面、工作臺(tái)、廚房工作面和計(jì)算器面、架子、門和門板等。例如，圖12a示出了通過連接電纜121a電耦合到計(jì)算機(jī)140a的示范性水平電源陣列1100和無針式電源插頭120a。無針式電源插頭120a放置在電源陣列1100上并且與無針式電源插座110在其內(nèi)部感應(yīng)耦合。供給計(jì)算機(jī)140a的電力可給計(jì)算機(jī)140a直接供 電和/或給其可充電電池充電。具有由電纜121a連接的無針式電源插頭120a的圖12a的 布置，一般會(huì)減小導(dǎo)線和電纜121a在計(jì)算機(jī)140a連接到電源時(shí)必要的長(zhǎng)度和數(shù)量，因此在 會(huì)議室等中是有利的，這樣的導(dǎo)線是阻礙的、難看的及通常不方便的。注意，無針式電源插 頭120a可選地與計(jì)算機(jī)140a成為一體，因此完全不需要使用連接電纜121a。圖12b示出了相對(duì)于固定到例如天花板反轉(zhuǎn)和水平的示范性電源陣列1100。示 出了載送容納燈泡140b的電燈插座121b的兩個(gè)無針式照明插頭120b。照明插頭120b是 可移動(dòng)的且可耦合到電源陣列1100的多個(gè)無針式電源110的任一個(gè)。在優(yōu)選實(shí)施例中，由 照明插座120a載送的強(qiáng)磁性錨214對(duì)嵌入在電源陣列1100中的磁樁212施加足夠強(qiáng)度的 力，以支撐照明插座120a的重量。以該方式，無針式照明插座120a容易移動(dòng)并且復(fù)位附著 在電源陣列1100周圍的不同位置。將注意，圖12b中所示的電源陣列1100被反轉(zhuǎn)了，允許照明插頭120b懸掛在其下 面。對(duì)于許多照明應(yīng)用，例如對(duì)于房間的照明，優(yōu)選這種布置，因?yàn)楦呒苷彰鞑惶赡鼙怀?低電平照明之外的物體遮蔽。然而照明能量面可以是垂直懸掛的或者嵌入墻壁中，或者實(shí) 際上放置在地上或任何其它的方位。注意，家用發(fā)白熱燈泡通常需要10-150瓦范圍的功率，因此希望照明插頭120b以 該功率供電。在該功率范圍內(nèi)的能量感應(yīng)傳送可通過高效線圈的有效對(duì)準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)，例如這 里描述的圖3a和3b的結(jié)構(gòu)所示的有效對(duì)準(zhǔn)。低功率照明方案，例如熒光燈、LED等，一般 使用較低的電源插頭。參考圖12c，示出了示范性的垂直電源陣列1100c，其例如可結(jié)合在房間的墻壁 中，安裝到壁櫥的側(cè)壁或其它的垂直表面上。電源陣列IlOOc用于將可移動(dòng)電源出口 120d 提供到可插接連接到電源電纜(未示出)的針式插座中，用于將電負(fù)載耦合到感應(yīng)電源插 座110并由此給電負(fù)載供電。還示出了兩個(gè)可移動(dòng)的電源出口 120d。每個(gè)出口 120d包括磁錨214，其有足夠的 強(qiáng)度以當(dāng)耦合到嵌入在垂直電源陣列IlOOc中的磁樁時(shí)支撐可移動(dòng)電源出口 120d的重量。 因此這種電源出口 120d可繞垂直電源陣列IlOOc自由移動(dòng)并且位于對(duì)準(zhǔn)無針式電源插座 110的任何位置。此外，盡管在圖12c中示出了垂直電源陣列1100c，但很明顯可移動(dòng)電源 出口 120d可在任何方位耦合到電源陣列1100。圖13是示出經(jīng)由中間層在初級(jí)單元和次級(jí)單元之間轉(zhuǎn)移光信號(hào)的方法的流程 圖。該方法包括以下步驟光發(fā)射器結(jié)合在次級(jí)單元內(nèi)-步驟(a)；光接收器結(jié)合在初級(jí)單 元內(nèi)-步驟(b)；該光發(fā)射器發(fā)射能夠穿透表面層的類型和強(qiáng)度的電磁輻射-步驟(C)；和 該光接收器接收電磁輻射_步驟(d)。將意識(shí)到，可應(yīng)用這樣的方法發(fā)送控制信號(hào)，用于通過監(jiān)測(cè)所述電負(fù)載的至少一 個(gè)工作參數(shù)和將監(jiān)測(cè)的參數(shù)數(shù)據(jù)編碼成所述光信號(hào)，來調(diào)節(jié)橫跨感應(yīng)耦合的能量傳遞。同 樣地，可通信與存在的電負(fù)載、它的功率需求、工作電壓、工作電流、工作溫度等有關(guān)的數(shù) 據(jù)。本發(fā)明的范圍由附加的權(quán)利要求限定并且包括上文描述的各個(gè)特征的組合和子 組合及其變化和修改，一旦閱讀了前述的描述，其對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是很容易的。
在權(quán)利要求書中，詞語“包括”及其變形表示包括所列出的部件，但通常不排出其它部件。
權(quán)利要求
一種無針式電源耦合裝置，包括至少一個(gè)無針式電源插座，所述電源插座包括在絕緣層后面屏蔽的初級(jí)線圈用于感應(yīng)耦合到無針式電源插頭，所述電源插頭包括次級(jí)線圈，其中所述絕緣層基本上是平坦的且所述電源插頭和所述電源插座可由對(duì)準(zhǔn)裝置對(duì)準(zhǔn)。
2.如權(quán)利要求1所述的無針式電源耦合裝置，其中保持所述電源插頭和所述電源插座 之間的對(duì)準(zhǔn)，同時(shí)所述電源插頭繞中心軸旋轉(zhuǎn)360度。
3.如權(quán)利要求1所述的無針式電源耦合裝置，所述對(duì)準(zhǔn)裝置選自包括視覺、聽覺和觸 覺裝置的組。
4.如權(quán)利要求1所述的無針式電源耦合裝置，所述絕緣層是半透明的，由此允許直接 視覺對(duì)準(zhǔn)。
5.如權(quán)利要求1所述的無針式電源耦合裝置，所述絕緣層視覺標(biāo)記在其外表面上以指 示允許直接視覺對(duì)準(zhǔn)的電源插座的位置。
6.如權(quán)利要求1所述的無針式電源耦合裝置，所述對(duì)準(zhǔn)裝置包括配置以在對(duì)準(zhǔn)插頭與 所述電源插座時(shí)指示的照明指示器。
7.如權(quán)利要求6所述的無針式電源耦合裝置，所述照明指示器選自包括LED、LED刻度 尺和IXD屏及組合的組。
8.如權(quán)利要求5所述的無針式電源耦合裝置，配置所述視覺指示器以提供接近全對(duì)準(zhǔn) 的分級(jí)指示。
9.如權(quán)利要求1所述的無針式電源耦合裝置，所述對(duì)準(zhǔn)裝置包括配置以在插頭對(duì)準(zhǔn)所 述電源插座時(shí)聽覺指示的聲音發(fā)射器。
10.如權(quán)利要求9所述的無針式電源耦合裝置，所述聲音發(fā)射器選自包括蜂鳴器、鈴、 揚(yáng)聲器、鈴錘及其任意組合的組。
11.如權(quán)利要求9所述的無針式電源耦合裝置，所述聲音發(fā)射器被配置以提供接近全 對(duì)準(zhǔn)的分級(jí)指示。
12.如權(quán)利要求1所述的無針式電源耦合裝置，所述對(duì)準(zhǔn)裝置是觸覺指示器，包括結(jié)合 到所述電源插座中的至少一個(gè)磁樁，配置其以與由所述無針式電源插頭載送的至少一個(gè)磁 錨機(jī)械耦合。
13.如權(quán)利要求12所述的無針式電源耦合裝置，其中所述磁樁具有環(huán)形結(jié)構(gòu)以便環(huán)形 磁錨與所述的磁樁在任意方位嚙合。
14.如權(quán)利要求12所述的無針式電源耦合裝置，所述磁樁選自包括至少一個(gè)永磁體、 至少一個(gè)電磁體和至少一個(gè)鐵磁元件的組。
15.如權(quán)利要求12所述的無針式電源耦合裝置，所述磁錨選自包括至少一個(gè)永磁體、 至少一個(gè)電磁體和至少一個(gè)鐵磁元件的組。
16.如權(quán)利要求1所述的無針式電源耦合裝置，所述對(duì)準(zhǔn)裝置是觸覺指示器，選自包括 至少一個(gè)吸管、至少一個(gè)鉤環(huán)結(jié)構(gòu)、至少一個(gè)脊溝結(jié)構(gòu)和其組合的組。
17.一種能量面，包括權(quán)利要求1所述的無針式電源插座陣列。
18.如權(quán)利要求17所述的能量面，選自包括水平工作面、垂直壁和天花板的組。
19.如權(quán)利要求1所述的無針式電源插頭，包括至少一個(gè)次級(jí)線圈，用于感應(yīng)耦合到在 絕緣層后面屏蔽的無針式電源插座，其中所述絕緣層是基本平坦的并且所述電源插頭和所 述電源插座可由對(duì)準(zhǔn)裝置對(duì)準(zhǔn)。
20.如權(quán)利要求19所述的無針式電源插頭，其可由電源線連接至至少一個(gè)電負(fù)載。
21.如權(quán)利要求19所述的無針式電源插頭，其硬連接到至少一個(gè)電負(fù)載。
22.如權(quán)利要求19所述的無針式電源插頭，其與電子器件成一整體。
23.一種照明器具，包括耦合到光源的權(quán)利要求19的無針式電源插頭。
24.如權(quán)利要求19所述的無針式電源插頭，耦合到至少一個(gè)插座用于接收插接插頭的 釘且被配置為無針式電源適配器。
25.如權(quán)利要求1所述的無針式電源耦合裝置，用于提供1瓦和200瓦之間范圍內(nèi)的功率。
26.如權(quán)利要求1所述的無針式電源耦合裝置，另外包括調(diào)節(jié)器用于調(diào)節(jié)穿過所述能 量耦合的能量傳遞。
27.如權(quán)利要求26所述的無針式電源耦合裝置，其中所述調(diào)節(jié)器包括信號(hào)傳遞系統(tǒng)， 該信號(hào)傳遞系統(tǒng)包括在表面層前面的至少一個(gè)光發(fā)射器，用于發(fā)射能夠穿透所述表面層并 且被在表面層后面的至少一個(gè)光接收器接收的類型和強(qiáng)度的電磁輻射。
28.如權(quán)利要求27所述的信號(hào)傳遞系統(tǒng)，其中所述光發(fā)射器包括發(fā)光二極管。
29.如權(quán)利要求27所述的信號(hào)傳遞系統(tǒng)，其中所述光發(fā)射器發(fā)射遠(yuǎn)紅光信號(hào)。
30.如權(quán)利要求27所述的信號(hào)傳遞系統(tǒng)，其中所述光接收器選自包括光電晶體管、光 電二極管和光敏電阻的組。
31.如權(quán)利要求27所述的信號(hào)傳遞系統(tǒng)，其中所述表面層由選自包括玻璃、塑料、云 母、膠木、木頭、膠合板、帆布、卡紙板、石頭、油氈和紙的組的材料構(gòu)造。
32.如權(quán)利要求27所述的信號(hào)傳遞系統(tǒng)，其中所述表面層包括由至少一個(gè)光路斷開的 通常不透明板，該光路用于將所述光信號(hào)導(dǎo)引至所述光接收器。
33.如權(quán)利要求32所述的信號(hào)傳遞系統(tǒng)，其中所述光路選自包括波導(dǎo)、光纖和窗口的組。
34.如權(quán)利要求32所述的信號(hào)傳遞系統(tǒng)，所述光信號(hào)載送屬于包括以下的組中至少之 一的編碼數(shù)據(jù)，該組包括a.存在的電負(fù)載；b.所述電負(fù)載所需的工作電壓c.所述電負(fù)載所需的工作電流；d.所述電負(fù)載所需的工作溫度；e.所述電負(fù)載的測(cè)量工作電壓；f.所述電負(fù)載的測(cè)量工作電流；g.所述電負(fù)載的測(cè)量工作溫度，和h.用戶標(biāo)識(shí)碼。
35.如權(quán)利要求32所述的信號(hào)傳遞系統(tǒng)，所述感應(yīng)能量耦合是選自包括變壓器、 DC-DC轉(zhuǎn)換器、AC-DC轉(zhuǎn)換器、AC-AC轉(zhuǎn)換器、回掃變壓器、回掃轉(zhuǎn)換器、全橋轉(zhuǎn)換器、半橋轉(zhuǎn) 換器和正向轉(zhuǎn)換器的組的器件。
36.如權(quán)利要求32所述的信號(hào)傳遞系統(tǒng)，所述初級(jí)線圈與次級(jí)線圈電隔離。
37.如權(quán)利要求27所述的信號(hào)傳遞系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述光接收器與所述的初級(jí)線圈同 軸且所述的光接收器與所述的次級(jí)線圈同軸時(shí)，使得當(dāng)所述的初級(jí)線圈對(duì)準(zhǔn)所述次級(jí)線圈時(shí)，所述的光接收器對(duì)準(zhǔn)所述的光發(fā)射器。
38.如權(quán)利要求19所述的無針式電源插頭，包括至少兩個(gè)次級(jí)線圈。
39.如權(quán)利要求38所述的無針式電源插頭，用于與所述初級(jí)線圈陣列耦合，其中所述 的至少兩個(gè)次級(jí)線圈偏離一距離，該距離不同于所述初級(jí)線圈的所述陣列的內(nèi)線圈間距。
40.一種用于調(diào)節(jié)穿過感應(yīng)耦合的能量傳遞的方法，所述感應(yīng)耦合包括在表面層后面 的初級(jí)線圈和在所述表面層前面的次級(jí)線圈，所述方法包括以下步驟a.在所述表面層的前面提供至少一個(gè)光發(fā)射器；b.在所述表面層的外表面的后面提供至少一個(gè)光接收器；c.將控制信號(hào)傳達(dá)給所述光發(fā)射器；d.從所述光發(fā)射器發(fā)射所述控制信號(hào)作為能夠穿透所述表面層的類型和強(qiáng)度的電磁 輻射；e.通過所述光接收器接收所述電磁輻射；和f.根據(jù)所述控制信號(hào)調(diào)節(jié)所述能量傳遞。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，用于調(diào)節(jié)穿過感應(yīng)耦合的能量傳遞，其中所述控制信 號(hào)載送所述負(fù)載的功率需求的細(xì)節(jié)。
42.如權(quán)利要求40所述的方法，用于調(diào)節(jié)穿過感應(yīng)耦合的能量傳遞，其中所述光信號(hào) 是通過監(jiān)測(cè)所述電負(fù)載的至少一個(gè)操作參數(shù)并將該監(jiān)測(cè)的參數(shù)數(shù)據(jù)編碼成光信號(hào)來提供 的。
43.如權(quán)利要求40所述的方法，用于調(diào)節(jié)穿過感應(yīng)耦合的能量傳遞，其中所述光信號(hào) 載送屬于選自包括工作電壓、工作電流和工作溫度的組中的至少一個(gè)參數(shù)的數(shù)據(jù)。
44.如權(quán)利要求40所述的方法，用于調(diào)節(jié)穿過感應(yīng)耦合的能量傳遞，包括檢測(cè)電負(fù)載 的存在的預(yù)備步驟。
全文摘要
一種無針式電源耦合裝置，包括至少一個(gè)無針式電源插座；電源插座包括在絕緣層后面屏蔽的初級(jí)線圈用于感應(yīng)耦合到無針式電源插頭；所述電源插頭包括次級(jí)線圈，其中所述絕緣層基本上是平坦的且所述電源插頭和所述電源插座可由對(duì)準(zhǔn)裝置對(duì)準(zhǔn)。討論的各種這樣的對(duì)準(zhǔn)裝置是激活表面用于支撐耦合到各個(gè)器具的感應(yīng)電源插座和感應(yīng)插頭。
文檔編號(hào)H01F38/14GK101802942SQ200880010328
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2008年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月29日
發(fā)明者A·本沙洛姆, A·羅夫, O·格林沃爾德, Y·阿贊科特 申請(qǐng)人:普邁公司