諸如牙刷的投入式目標(biāo)設(shè)備的充電線圈系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種用于充電具有可定位在充電容器(25)中的次級(jí)線圈(27)的至少一個(gè)目標(biāo)設(shè)備(29)的系統(tǒng)和方法，所述充電容器(25)具有連接至電功率源的初級(jí)線圈(23)，其中當(dāng)目標(biāo)設(shè)備定位在容器中時(shí)目標(biāo)設(shè)備的次級(jí)線圈未精確對(duì)準(zhǔn)初級(jí)線圈。多個(gè)操縱線圈(22-22)布置在初級(jí)線圈周圍?？刂齐娐?24)按照所選次序改變操縱線圈相對(duì)于初級(jí)線圈的磁場(chǎng)相位的磁場(chǎng)相位模式，直到確定初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間的最大功率傳輸。利用最大功率傳輸?shù)牟倏v線圈相位模式繼續(xù)充電目標(biāo)設(shè)備。
【專利說明】諸如牙刷的投入式目標(biāo)設(shè)備的充電線圈系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體涉及諸如電動(dòng)牙刷的目標(biāo)設(shè)備的充電系統(tǒng)，更具體地涉及目標(biāo)設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備被定位到其中進(jìn)行充電的杯狀容器充電器的組合的特定充電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]許多目標(biāo)設(shè)備，例如電動(dòng)牙刷而且以及其他設(shè)備，包括與具有初級(jí)線圈的充電底座組件和具有次級(jí)線圈的目標(biāo)設(shè)備一起工作的感應(yīng)式充電系統(tǒng)。這些系統(tǒng)通常要求充電底座和目標(biāo)設(shè)備中的初級(jí)線圈和次級(jí)線圈分別緊密對(duì)準(zhǔn)，如對(duì)直對(duì)準(zhǔn)(lined up inregistry)，以實(shí)現(xiàn)高效充電和保護(hù)充電接口不受干擾?！巴度胧?drop in)”充電器系統(tǒng)允許用戶簡(jiǎn)單地將目標(biāo)設(shè)備投入容器，如可以用于飲用的玻璃杯，但因?yàn)槿狈o密對(duì)準(zhǔn)該系統(tǒng)是低效率的。通常，其中目標(biāo)設(shè)備可能未緊密對(duì)準(zhǔn)初級(jí)線圈的這種布置延長充電時(shí)間至少50% (如果沒有更多的話)。因?yàn)楫?dāng)定位在杯狀結(jié)構(gòu)容器充電器中而不是目標(biāo)設(shè)備所相對(duì)緊密地配合的傳統(tǒng)充電器底座時(shí)次級(jí)線圈通常將相對(duì)于初級(jí)線圈成角度，所以會(huì)出現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)困難。這可以參考圖1。

【發(fā)明內(nèi)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(tǒng)提供最大效率的充電系統(tǒng)。
[0004]因此，用于利用容器充電器充電一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)設(shè)備的系統(tǒng)包括:用于接收一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)設(shè)備的容器充電器，容器的初級(jí)線圈可連接電功率源，至少一個(gè)目標(biāo)設(shè)備可定位在各器中，目標(biāo)設(shè)備具有次級(jí)線圈以致在工作中能量在初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間傳輸從而充電目標(biāo)設(shè)備中的電池；布置在初級(jí)線圈周圍的多個(gè)操縱線圈；以及用于控制操縱線圈相對(duì)于初級(jí)線圈的磁場(chǎng)的磁場(chǎng)相位的控制系統(tǒng)，以便于聚集初級(jí)線圈的磁場(chǎng)線從而優(yōu)化容器充電器中的初級(jí)線圈和目標(biāo)設(shè)備中的次級(jí)線圈之間的功率傳輸。
[0005]進(jìn)一步，用于控制定位在容器中的至少一個(gè)目標(biāo)設(shè)備的充電的方法，目標(biāo)設(shè)備具有次級(jí)線圈和充電容器具有初級(jí)線圈，其中多個(gè)操縱線圈布置在初級(jí)線圈周圍，該方法包括步驟:建立操縱線圈的磁場(chǎng)相對(duì)于初級(jí)線圈的磁場(chǎng)相位的初始相位狀況模式；確定當(dāng)操縱線圈處于其初始相位狀況模式時(shí)在初級(jí)線圈和目標(biāo)設(shè)備中的次級(jí)線圈之間的功率傳輸；重復(fù)改變操縱線圈的磁場(chǎng)相位狀況模式直到確定在初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間產(chǎn)生最大功率傳輸?shù)木€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(jí)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(xiàn)有技術(shù)初級(jí)線圈充電系統(tǒng)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(tǒng)的立面圖和頂視圖。
[0008]圖5示出圖3的利用多個(gè)目標(biāo)設(shè)備的充電系統(tǒng)的立面圖。[0009]圖6是示出用于控制單個(gè)目標(biāo)設(shè)備的充電系統(tǒng)的行為的控制系統(tǒng)中的步驟的流程圖。
[0010]圖7是示出多個(gè)目標(biāo)設(shè)備的控制系統(tǒng)中的步驟的流程圖。
【具體實(shí)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(jí)線圈14的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)
10。初級(jí)線圈通過電源線13和變頻系統(tǒng)(未示出)(如果需要的話)連接傳統(tǒng)電源。定位在容器12中用于充電的是目標(biāo)設(shè)備16。目標(biāo)設(shè)備可以例如是電動(dòng)牙刷，其包括在其底部的次級(jí)線圈18。圖1示出立面圖中的初級(jí)線圈的磁場(chǎng)，而圖2示出從頂視圖觀察的初級(jí)線圈磁場(chǎng)。在圖1和圖2的布置中，目標(biāo)設(shè)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(dú)的玻璃杯。充電器和飲用玻璃杯的功能在一個(gè)單元中實(shí)現(xiàn)。
[0012]在典型的充電操作中，容器中的初級(jí)線圈14和次級(jí)線圈18之間存在能量傳輸，從而對(duì)目標(biāo)設(shè)備中的可充電電池20進(jìn)行充電。圖1的布置的困難在于，初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間通常沒有用于產(chǎn)生高效地充電的緊密對(duì)準(zhǔn)。利用傳統(tǒng)的充電器，目標(biāo)設(shè)備垂直定位在相對(duì)受限的充電容器中，因此初級(jí)線圈和次級(jí)線圈固有地緊密對(duì)準(zhǔn)。然而，使用圖1的容器杯，次級(jí)線圈相對(duì)于初級(jí)線圈成角度地定位；該布置顯著地延長充電時(shí)間，與普通充電時(shí)間相比較多達(dá)50%或更多。
[0013]圖3和圖4示出當(dāng)前的充電裝置，其包括包圍初級(jí)線圈14的多個(gè)操縱線圈22-22。在一個(gè)實(shí)施例中，總共存在八個(gè)操縱線圈，但是線圈數(shù)量可以多于八個(gè)，或小于八個(gè)。典型的范圍是2-32個(gè)操縱線圈。在所示的實(shí)施例中，操縱線圈均勻間隔開，盡管該布置不是必需的。操縱線圈由控制單元24單獨(dú)地控制，以產(chǎn)生與初級(jí)線圈場(chǎng)同相或異相的操縱線圈磁場(chǎng)。一個(gè)或多個(gè)操縱線圈也可以處于斷開狀態(tài)。
[0014]圖3示出具有與初級(jí)線圈場(chǎng)同相的磁場(chǎng)的七個(gè)操縱線圈22和具有與初級(jí)線圈場(chǎng)180°異相的磁場(chǎng)的一個(gè)操縱線圈22A。通常，大多數(shù)操縱線圈與初級(jí)線圈同相激勵(lì)，而少數(shù)操縱線圈，通常為一個(gè)線圈，與初級(jí)線圈180°異相激勵(lì)。多個(gè)操縱線圈場(chǎng)形成并且聚焦來自初級(jí)線圈的磁場(chǎng)線，以致它們更集中地朝著異相操縱線圈的方向。當(dāng)導(dǎo)致對(duì)次級(jí)線圈進(jìn)行充電的所獲得的初級(jí)線圈的“被操縱的”場(chǎng)最緊密地與目標(biāo)設(shè)備中的次級(jí)線圈的位置對(duì)準(zhǔn)時(shí)，傳輸至次級(jí)線圈的功率將增加至最大范圍，因而提高充電系統(tǒng)的效率，這通常提高至傳統(tǒng)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，盡管應(yīng)當(dāng)理解，線圈可以采用其他布置和結(jié)構(gòu)。如上所述，操縱線圈的磁場(chǎng)改變?nèi)萜?5中初級(jí)線圈23的磁場(chǎng)模式，以致導(dǎo)致最大的能量傳輸至目標(biāo)設(shè)備29中的次級(jí)線圈27中，并且因而產(chǎn)生最大充電系統(tǒng)效率?？刂葡到y(tǒng)的功能是確定產(chǎn)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包括控制回路軟件電路，其中目標(biāo)設(shè)備一般感測(cè)來自充電單元的磁場(chǎng)，測(cè)量所接收的磁場(chǎng)；確定功率和將接收的功率值發(fā)送回充電單元。控制單元反復(fù)調(diào)節(jié)操縱線圈的磁場(chǎng)的相位，以產(chǎn)生最大功率傳輸。在充電單元和目標(biāo)設(shè)備之間的通信可以通過包括無線方式、光學(xué)方式或其他通信方式各種布置進(jìn)行。獲取最大功率傳輸是由控制單元通過在相對(duì)于初級(jí)線圈同相或異相之間切換各個(gè)操縱線圈的次序來實(shí)現(xiàn)，從而確定產(chǎn)生最大功率傳輸?shù)奶囟ù艌?chǎng)模式。通常，次序從所選的異相線圈開始，剩余線圈與初級(jí)線圈同相。異相線圈傾向于朝著其方向牽引磁場(chǎng)，而同相線圈傾向于推動(dòng)磁場(chǎng)，因而聚焦初級(jí)線圈場(chǎng)。當(dāng)已經(jīng)確定最大功率傳輸時(shí)，控制電路停止其操作，目標(biāo)設(shè)備的充電隨著確定的模式繼續(xù)。
[0017]圖6示出用于充電單個(gè)目標(biāo)設(shè)備的控制次序。目標(biāo)設(shè)備首先放置在充電單元/容器中，如圖6中的方框30所示。然后充電器以初始或默認(rèn)配置激活磁場(chǎng)，從而以同相/異相的默認(rèn)模式激勵(lì)各個(gè)操縱線圈，例如一個(gè)操縱線圈異相，其他操縱線圈同相。這在方框32中示出。目標(biāo)設(shè)備激活(如方框34中所示)并通過測(cè)量電壓和電流然后計(jì)算功率來確定所接收的功率，如方框36中所示。然后目標(biāo)設(shè)備在方框38中將確定的功率傳送回充電單元(充電器)。然后充電器調(diào)節(jié)操縱線圈的磁場(chǎng)配置，即對(duì)同相模式、異相模式的操縱線圈進(jìn)行充電，如方框42中所示。
[0018]然后目標(biāo)設(shè)備在方框44中再次確定所接收的功率，并再次將值傳送回充電器，如方框46中所示。關(guān)于是否已經(jīng)測(cè)量足夠數(shù)量的磁場(chǎng)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(diào)節(jié)磁場(chǎng)配置，回路繼續(xù)，直到來自方框48的輸出是肯定的。然后，充電單元將操縱線圈磁場(chǎng)布置的磁場(chǎng)調(diào)節(jié)至傳輸最大功率的布置，如最后一個(gè)方框50中所示。利用該磁場(chǎng)模式繼續(xù)充電目標(biāo)設(shè)備，直到充電完成。
[0019]如上所述，各個(gè)操縱線圈的磁場(chǎng)的相位狀況通常將與初級(jí)線圈同相或異相，或在某些情況中，一個(gè)或多個(gè)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(fā)明的優(yōu)勢(shì)是，可以利用包括具有次級(jí)線圈的目標(biāo)設(shè)備的充電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高效充電，其中次級(jí)線圈并未完美對(duì)準(zhǔn)充電單元中的初級(jí)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(xiàn)在參考圖5，本發(fā)明可以與不只一個(gè)目標(biāo)設(shè)備一起使用。圖5示出兩個(gè)目標(biāo)設(shè)備60和62，其中次級(jí)線圈61和63定位在具有初級(jí)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(jí)線圈，如同在單個(gè)目標(biāo)設(shè)備實(shí)施例中。在圖7中所示的控制次序比一個(gè)目標(biāo)設(shè)備而言多少更加復(fù)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(biāo)設(shè)備。第一目標(biāo)設(shè)備60放置在充電器中；充電器和目標(biāo)設(shè)備激活,第一目標(biāo)設(shè)備確定所接收的功率。然后在默認(rèn)配置中的操縱線圈磁場(chǎng)的激活之后，第一目標(biāo)設(shè)備開始將其ID和功率發(fā)送回充電器(在方框66)。在方框68,第二目標(biāo)設(shè)備62和第一目標(biāo)設(shè)備放置在充電器中。在方框70響應(yīng)于從初級(jí)線圈65接收的功率值第二目標(biāo)設(shè)備激活。第二目標(biāo)設(shè)備在方框72與第一目標(biāo)設(shè)備在方框74 —起測(cè)量所接收的功率。在方框78第二目標(biāo)設(shè)備將其自己的ID和接收的功率發(fā)送回充電器，以及在方框80將來自第一設(shè)備的功率發(fā)送回充電器。在方框82，關(guān)于對(duì)于兩個(gè)目標(biāo)設(shè)備而言是否已經(jīng)測(cè)量足夠數(shù)量的磁場(chǎng)模式/配置做出決策。一旦已經(jīng)測(cè)量足夠數(shù)量的配置，那么控制單元將操縱線圈磁場(chǎng)模式調(diào)節(jié)至最高優(yōu)先杈的目標(biāo)設(shè)備接收最大功率的配置，如方框86中所示。然后充電器繼續(xù)以正常方式執(zhí)行。如圖7中90所代表性地示出的，還可以充電多于兩個(gè)目標(biāo)設(shè)備。
[0022]因此，已經(jīng)公開一種在充電器是容器形式以致當(dāng)目標(biāo)設(shè)備放置在容器杯中用于充電時(shí)目標(biāo)設(shè)備中的次級(jí)線圈未對(duì)準(zhǔn)充電器中的初級(jí)線圈時(shí)高效地充電目標(biāo)設(shè)備(如電動(dòng)牙刷)的系統(tǒng)。
[0023]盡管為了說明起見，已經(jīng)公開本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，在不偏離由權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神的前提下可以在實(shí)施例中并入各種改變、修改、和替代。
【權(quán)利要求】
1.一種用于利用容器充電器對(duì)一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)設(shè)備進(jìn)行充電的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 容器充電器(25)，用于接收一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)設(shè)備，所述容器在其中具有可連接至電功率源的初級(jí)線圈(23)； 可定位在所述容器中的至少一個(gè)目標(biāo)設(shè)備(29)，所述目標(biāo)設(shè)備具有次級(jí)線圈(27)以使得在工作中能量在所述初級(jí)線圈和所述次級(jí)線圈之間傳輸從而對(duì)所述目標(biāo)設(shè)備中的電池進(jìn)行充電； 多個(gè)操縱線圈(22-22)，布置在所述初級(jí)線圈周圍；以及 控制系統(tǒng)(24)，用于控制所述操縱線圈相對(duì)于所述初級(jí)線圈的磁場(chǎng)的磁場(chǎng)相位以便于聚焦所述初級(jí)線圈的磁場(chǎng)線，從而優(yōu)化在所述容器充電器中的所述初級(jí)線圈和所述目標(biāo)設(shè)備的所述次級(jí)線圈之間的功率傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述目標(biāo)設(shè)備是電動(dòng)牙刷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述容器是適用于包含供用戶飲用的液體的杯子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述操縱線圈在所述初級(jí)線圈周圍基本上均勻地間隔開。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 所述的系統(tǒng)，其中，所述操縱線圈的數(shù)量在2-32的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，所述操縱線圈的數(shù)量是8個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制系統(tǒng)執(zhí)行多個(gè)步驟(30，32，34，36，38，42，44，46，48，50)，這些步驟包括響應(yīng)于從所述目標(biāo)設(shè)備接收的連續(xù)功率確定值重復(fù)地改變所述操縱線圈的磁場(chǎng)相位，從而確定產(chǎn)生最大功率傳輸?shù)乃龃艌?chǎng)相位模式。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先確定的次序改變所述操縱線圈的磁場(chǎng)相位模式。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述操縱線圈的所述磁場(chǎng)相位狀況包括同相、異相和斷開。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制系統(tǒng)包括一系列步驟(66，68，70，72，74，78，80，82，86)，這些步驟布置為調(diào)節(jié)從具有單獨(dú)ID的多個(gè)目標(biāo)設(shè)備所接收的功率值，并且確定在所述初級(jí)線圈和所述多個(gè)目標(biāo)設(shè)備中的所選目標(biāo)設(shè)備之間產(chǎn)生最大功率傳輸?shù)拇艌?chǎng)相位模式。
11.一種用于控制定位在容器中的至少一個(gè)目標(biāo)設(shè)備的充電的方法，所述目標(biāo)設(shè)備具有初級(jí)線圈，并且所述充電容器具有初級(jí)線圈，其中，多個(gè)操縱線圈布置在所述初級(jí)線圈周圍，所述方法包括步驟: 建立相對(duì)于所述初級(jí)線圈的磁場(chǎng)相位的所述操縱線圈的磁場(chǎng)的初始相位狀況模式(32)； 激活所述目標(biāo)設(shè)備(34)； 確定當(dāng)所述操縱線圈處于其初始相位狀況模式時(shí)所述初級(jí)線圈和所述目標(biāo)設(shè)備中的所述次級(jí)線圈之間的功率傳輸(36)； 重復(fù)改變所述操縱線圈的所述磁場(chǎng)相位狀況模式，直到確定在所述初級(jí)線圈和所述次級(jí)線圈之間產(chǎn)生最大功率傳輸?shù)木€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?shù)南辔荒Ｊ綄?duì)所述次級(jí)線圈進(jìn)行充電(50)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述單獨(dú)的操縱線圈的所述相位狀況包括與所述初級(jí)線圈同相、與所述初級(jí)線圈異相和斷開。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述操縱線圈的所述相位模式根據(jù)預(yù)先選擇的次序進(jìn)行改變直到確定所述最大功率傳輸。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，兩個(gè)目標(biāo)設(shè)備同時(shí)進(jìn)行充電，并且其中在所述初級(jí)線圈和所述兩個(gè)目標(biāo)設(shè)備中的所選目標(biāo)設(shè)備之間產(chǎn)生所述最大功率傳輸?shù)南辔荒Ｊ降那闆r下繼續(xù)對(duì)所述 兩個(gè)目標(biāo)設(shè)備的充電(66，68，70，72，74，78，80，82，86)。
【文檔編號(hào)】H02J7/02GK104011962SQ201280063772
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月22日
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