CN101902082B - 用于将电池操作的便携式装置机械及电气连接的设备和电池操作的便携式装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将电池操作的便携式装置(30)机械及电气连接以便其操作和/或其电池充电的设备(10)。按照本发明的设备包括用于装置(30)的安置面(11)和在安置面(11)的下面设置的第一线圈装置(12)，该第一线圈装置设计为，当装置(30)在安置面(11)上被安置于一预定位置时用于与装置(30)的第二线圈装置(32)相互作用。最后，此设备(10)具有在安置面(11)的下面设置的第一联接装置(15)，通过它与装置(30)的第二联接装置(35)相配合能使装置在支承到安置面(11)上以后处于预定位置。第一联接装置(15)具有至少一个第一构件(16)，该第一构件设计成用于与装置(30)的相应的第二构件磁性耦接。

Description

用于将电池操作的便携式装置机械及电气连接的设备和电池操作的便携式装置

技术领域

本发明涉及一种用于将电池操作的便携式装置机械及电气连接以便其操作和/或其电池充电的设备。本发明还涉及一种电池操作的便携式装置，特别是通讯终端设备和/或媒体数据播放器。本发明还涉及一种系统，其包括上述型式的设备和便携式装置。最后本发明涉及一种车辆，特别是汽车或商用车。

背景技术

电池操作的便携式装置的电池必须定期重新充电，以便确保装置的功能能力。为此该装置通常具有连接触点，它们用相应构造的插塞连接头可以连接在通常在外部的充电装置上。还已知这样的装置，其中是按无线的方式实现电池充电。在装置的无线充电中，通过一电磁场(其由一个在充电装置的表面之下的线圈产生)向待充电的装置的线圈传输能量，从而可以实现对电池的充电。充电装置和待充电的装置的线圈装置必须相互匹配，由于充电过程的效果受待充电的装置在充电装置上的位置的影响。在待充电的装置的位置不是最好时未输入待充电的装置的线圈装置中的能量由充电装置的线圈装置放射。除由此产生的能量损失外产生向包括充电装置和待充电装置的系统的周围的射线辐射，其特别是在车辆中心须尽可能避免。

充电装置和待充电装置通常在机械上相互匹配。在汽车中的应用中为大量电池操作的便携式装置提供一种特定的支承和固定装置，借其可将该装置确定地固定于车辆中并电接触。借此一方面装置的电池充电是可能的。另一方面电气装置，如果涉及通讯终端设备，可以无接触(感应式)地连接于车顶天线，用于更好地接收和用于避免辐射。对此不利的是，必须为每一装置提供一个匹配的支承和固定装置，因此产生了很多不同的变型方案。

发明内容

因此本发明的目的是，提供一种用于将电池操作的便携式装置机械及电气连接以便其操作和/或其电池充电的设备，该设备避免了上述缺点。本发明的另一目的在于，提供一种相应于该设备的电池操作的便携式装置，它通过该设备可以按简单而有效的方式充电。本发明的另一目的在于，提供一种包括一设备和一装置的系统，它不具有由现有技术已知的缺点。最后拟提供一种配有按照本发明的设备的车辆。

一方面，上述目的通过具有以下特征的设备得以实现，即：用于将电池操作的便携式装置机械及电气连接以便其操作和/或其电池充电的设备，包括：用于所述便携式装置的安置面；在所述安置面的下面设置的第一线圈装置，该第一线圈装置设计为，当便携式装置在安置面上被安置于一预定位置时用于与便携式装置的第二线圈装置相互作用；在所述安置面的下面设置的第一联接装置，通过该第一联接装置与便携式装置的第二联接装置相配合能使便携式装置在支承到安置面上以后处于预定位置，其中，所述第一联接装置具有至少一个第一构件，该第一构件设计成用于与便携式装置的相应的第二构件磁性耦接，使所述便携式装置通过磁场自动地在所述设备的安置面上处于正确的预定位置，对此，不需要所述设备的安置面的外形轮廓匹配于所述便携式装置的壳体的外形轮廓，所述第一线圈装置包括第一主线圈，当该第一主线圈与所述第二线圈装置的第二主线圈相联接时用以产生一个用于便携式装置的电池的充电电流，作为用于数据通讯的装置，所述第一线圈装置包括与一控制装置相联接的第一控制线圈，该第一控制线圈与所述第二线圈装置的第二控制线圈相联接，所述第一联接装置包括两个不同极性的永久磁体，在主线圈的中心并且可选择在控制线圈的中心设置一相应的第一构件。

另一方面，上述目的通过具有以下特征的电池操作的便携式装置设备得以实现，即：电池操作的便携式装置，包括：第二线圈装置，它设计为，当便携式装置在安置面上被安置于一预定位置时用于与设备的设置在该设备的安置面的下面的第一线圈装置相互作用；第二联接装置，通过它与设备的第一联接装置相配合能使便携式装置在支承到安置面上以后处于预定位置，其中，所述第二联接装置具有至少一个第二构件，该第二构件设计成用于与设备的相应的第一构件磁性耦接，使所述便携式装置通过磁场自动地在所述设备的安置面上处于正确的预定位置，对此，不需要所述设备的安置面的外形轮廓匹配于所述便携式装置的壳体的外形轮廓，所述第二线圈装置包括第二主线圈，当该第二主线圈与第一线圈装置的第一主线圈相联接时用以产生一个用于便携式装置的电池的充电电流，所述第二联接装置包括两个不同极性的永久磁体，在第二主线圈的中心并且可选择在第二控制线圈的中心设置一相应的第二构件。

本发明创造了一种用于将电池操作的便携式装置机械及电气连接以便其操作和/或其电池充电的设备。该设备包括一个用于所述装置的安置面。它有一个在安置面的下面设置的第一线圈装置，该第一线圈装置设计为，当便携式装置在安置面上被安置于一预定位置时用于与便携式装置的第二线圈装置相互作用。最后设有一个在安置面的下面设置的第一联接装置，通过它与便携式装置的第二联接装置相配合能使便携式装置在支承到安置面上以后处于预定位置。在此，第一联接装置具有至少一个第一构件，该第一构件设计成用于与便携式装置的相应的第二构件磁性耦接。

本发明还创造了一种电池操作的便携式装置，特别是通讯终端设备和/或媒体数据播放器。它包括一个第二线圈装置，该第二线圈装置设计为，当便携式装置在安置面上被安置于一预定位置时用于与设备的在该设备的安置面的下面设置的第一线圈装置相互作用。此便携式装置还包括一个第二联接装置，通过它与设备的第一联接装置相配合能使便携式装置在支承到安置面上以后处于预定位置，其中，第二联接装置具有至少一个第二构件，该第二构件设计成用于与设备的相应的第一构件磁性耦接。

本发明还包括一种系统，其包括按照本发明的设备和按照本发明的便携式装置。

最后本发明包括一种车辆，特别是汽车或商用车，其具有按照本发明的设备。

通过本发明，能够实现对电池操作的便携式装置的电池的最好的无接触充电。同时确保：全部在设备的线圈装置中使用的能量也用于便携式装置的电池充电。由此不产生干扰放射，这特别是在汽车中须加以避免的。此外提供了便携式装置在设备上的可靠固定，而不需要明确地设定机械固定装置。这一点能够通过设备和便携式装置的第一和第二联接装置来实现，它们确保第一和第二线圈装置相互间的固定和准确定位。

按照本发明的设备的一种适宜的设计形式，第一线圈装置包括一第一主线圈，当其与第二线圈装置的一第二主线圈相联接时用以产生一个用于便携式装置的电池的充电电流。与此对应地，按照本发明的便携式装置的第二线圈装置在一种发展设计中包括一第二主线圈，当其与第一线圈装置的第一主线圈相联接时用以产生一个用于便携式装置的电池的充电电流。

按照另一设计形式，此设备包括一用于与便携式装置的一充电装置的数据通讯的装置用以控制电池的充电过程。设备与便携式装置的充电装置之间的数据通讯可以用任何的传输技术来实现。例如可以为此使用通常采用的蓝牙技术。通过用于数据通讯的装置确保，实现线圈装置和特别是用于产生充电电流的第一主线圈的能控制的通电。代之，由于设备与电池操作的便携式装置之间的数据通讯而可以精确地控制充电开始和充电过程以及充电终结。

在另一适宜的设计形式中规定，第一线圈装置作为用于数据通讯的装置包括一个与控制装置相联接的第一控制线圈，它与电池操作的便携式装置的第二线圈装置的第二控制线圈相联接。为了进行数据通讯，在这种情况下相应地将便携式装置的电池充电建立在感应的传输技术上。一旦设备和便携式装置的第一和第二控制线圈已相互接近，就可以通过感应的数据传输开始一种识别过程。在成功识别的情况下接着就启动经由各主线圈的充电过程，因此开始电池充电过程。

按照另一适宜的实施形式，第一联接装置的至少一个第一构件和/或第二联接装置的相应的第二构件设计成用于提供一磁场。特别是第一联接装置作为至少一个第一构件包括一永久磁体。与此对应地，第二联接装置作为至少一个第二构件同样包括相反极性的一永久磁体。在一种特别优选的实施形式中，第一联接装置包括两个不同极性的永久磁体。与此对应地，便携式装置的第二联接装置包括两个不同极性的永久磁体。按这种方式只有一个位置，在该位置全部四个永久磁体吸引。通过用相反的极性的设置排除了：在某些情况下各错误的线圈(亦即控制线圈的主线圈)相互面对。借此可以避免180°的旋转。该原则也以名称“Poka-Yoke-Prinzip”(波卡纠偏原则，即防误防错原则)为人所知。

在另一可选设计形式中，第一联接装置作为至少一个第一构件包括一电磁体，其与第二联接装置的一个金属的第二构件协同作用。在按照本发明的便携式装置的一种发展设计中，第二联接装置作为至少一个第二构件包括一金属体，它与第一联接装置的相应的电磁体协同作用。在该实施例中有可以实现：在设备上实施便携式装置的固定并且有针对性地开始和结束便携式装置的电池充电过程。

在设备的另一设计形式中，构造为电磁体的第一构件可通过手工操纵的开关接通和断开。借此可以开始或结束充电过程。在另一可选择的改进的设计形式中，构造为电磁体的第一构件可通过控制装置接通和断开。例如在数据通讯的基础上经由设备和便携式装置的第一和第二控制线圈实现电磁体的激活。例如当有效地进行设备和便携式装置相互间的识别时，就实现激活。通过优选多个电磁体的激活使便携式装置相对于设备的安置面处于预定位置，从而得到开头所述微小的能量和放射损失的优点。

应用电磁体代替永久磁体的优点是，只要不激活电磁体，就可以不损坏可磁化的物件，例如信用卡，其无意中被放到设备的安置面上，此外也不需要在便携式装置上设置一磁体，因此也可以避免在便携式装置的附近对可磁化的物件造成损坏。

此外优选的是，将设备的一个相应的第一构件设置在主线圈的中心并且只要存在，可选择设置在控制线圈的中心。

当然，与此对应地，将一个相应的第二构件设置在第二主线圈的中心，并且可选择设置在第二控制线圈的中心。

按照另一有利的设计形式，通过安置面的外形轮廓不能实现便携式装置的机械定位和/或固定。只是通过在设备中设置的第一联接装置实现定位和/或固定，该第一联接装置与便携式装置的第二联接装置协同作用。

附图说明

以下借助附图更详细地说明本发明。其中：

图1按照本发明的设备和按照本发明的电池操作的便携式装置的第一实施例的示意图；

图2在设备上按规定设置的图1的装置的横剖视图；

图3按照本发明的设备和按照本发明的电池操作的便携式装置的第二实施例的示意图；

图4在设备上按规定设置的图3的装置的横剖视图。

具体实施方式

图1并列地示出了按照本发明的设备10和与其对应的电池操作的便携式装置30按照第一实施例的示意图。用于将电池操作的便携式装置30机械及电气连接以便其操作和/或其电池充电的设备10包括一安置面11，在其下面设置第一线圈装置12。线圈装置12在图1的实施例中由唯一一个第一主线圈13构成。第一主线圈13设计成，用于与装置30的一第二线圈装置32相互作用，如果装置30在安置面11上安置成使得第一线圈装置12的第一主线圈13与第二线圈装置32的一个对应的第二主线圈33处于一预定位置的话(参见图2)。第一主线圈13与电池操作的便携式装置30的第二主线圈33相结合用于给装置30的电池31充电。为此电池31经由充电单元39与第二主线圈33相联接。通过设备10提供为电池31的充电需要的电流，在其中第一主线圈13连接于充电装置19。借助于控制装置20实现充电装置19的控制，控制装置为此连接于充电装置19。

为了实现装置30电池31的无线充电而采用一电磁场，它由在设备10的安置面11下面的第一主线圈13产生。装置30的第二主线圈33接收第一主线圈13的电磁场并且其与充电装置相结合转化为电池31的充电电流。该充电过程的效果已知是受第二主线圈33相对于第一主线圈13的位置的影响。在位置不是最好时未耦接的能量由第一主线圈13放射，因此一方面会产生能量损失而另一方面会向设备10和装置30的组合体的周围发射不符合要求的干扰辐射。

因此为了按简单的方式尽可能好地将装置30定位在安置面11上以便使充电过程的效果最大或使未耦接的能量的放射最小，在设备10和装置30中设置一第一联接装置15或一第二联接装置35，通过它们相配合可使便携式装置在支承在安置面11上以后处于预定的最好的位置。第一联接装置15为此作为第一构件具有一永久磁体17，它与一个极性相反的永久磁体37磁性联接。优选将永久磁体17和永久磁体37分别设置在第一或第二主线圈13、33的中心。一旦发生磁体17、37的磁性耦接，就实现了第一和第二主线圈13、33相互间的自动定位或定心，由此取得用于充电装置的最好的位置。这示意示于图2的横剖视图中，在其中可看清在设备10的安置面11上支承的装置30。其中示意示出，磁体17、37由于其吸力同心重叠设置。由于磁体17、37相对第一或第二主线圈13、33的相同的设置，它们精确地重叠设置，从而由第一主线圈13产生的电磁场完全由第二主线圈33接纳并且可以转化为充电电流。

图3和4示出了第二实施例，其相对于按图1和2的第一实施例是有所改进的。设备10的线圈装置12除第一主线圈13(其用作装置30电池31的充电)外，还具有一控制线圈14。与此对应地，装置30的线圈装置32具有一第二控制线圈34。控制线圈14连接于控制装置20。装置30的第二控制线圈34连接于装置30的一控制装置40。在第一和第二控制线圈14、34的中心分别又设置一磁体18或38。对于它们，可涉及例如永久磁体。优选地，设备10的磁体17和磁体18具有相反的极性。磁体37、38的极性则选择为，使得在磁体17与37和18与38之间产生吸力。

以图3和图4图示的配置只有一个位置，在该位置，磁体17、18、37、38吸引。通过磁体17、18、37、38的相反极性的设置排除了：人们将线圈装置12、32的错误的线圈相互对置。借此避免180°的旋转。这也以名称“Poka-Yoke-Prinzip”(波卡纠偏原则，即防误防错原则)为人所知。由图4对此显而易见的是，当装置30设置在设备10的安置面11上时，第一和第二主线圈13、33以及第一和第二控制线圈14、34相互定位置设置。在此，磁体17、37和18、38的吸力如上所述用来保证各线圈相互间的正确定位。

一旦第一和第二控制线圈14、34相互紧邻，就开始设备10与装置30之间的识别过程。如果该识别成功，则使设备10的第一主线圈13通电，从而开始装置30的电池31的充电。设备10和装置30的识别用于确定两部件相互间的兼容性。例如在识别的范围内确定：为了电池31的充电需要多少充电电流。此外还可以交换其他对于充电过程重要的信息。在该实施例中经由控制线圈14、34实现数据通讯。如果如在按图1和2的第一实施例不存在控制线圈，也可按其他的方式例如经由蓝牙通讯实现识别过程。

在另一设计形式中，也可以由电磁耦接代替设备10与装置30之间的永磁耦接。例如可以将一电磁体设置在第一主线圈13的中心，并可选择将一第二电磁体设置在控制线圈14的中心。同时在装置30的第一主线圈的中心有一个小的金属盘面对电磁体17。只要第二电磁体设置在控制线圈14的中心(类似于第二实施例)，则面对它小的金属盘在装置30的第二控制线圈34的中心。

在一种设计形式中可以借助于一开关按键使设备10的各电磁体接通或断开。随着接通，然后就实现便携式装置在设备10的安置面11上的定位和固定。同时或延时地开始装置30电池31的充电过程。

弃用永久磁体的优点是，只要不操纵开关按键，就可以不损坏可磁化的物件，例如信用卡，其无意中被放在充电装置上。此外不需要在装置30上设置磁体。因此可以防止在装置30附近将可磁化的物件损坏。

在另一未示出的变型设计方案中，也不需要设置开关按键来激活电磁体。可以例如根据装置30与设备10之间的无线通讯，例如通过RFID(无线射频识别)，借助于控制线圈14、34实现各电磁体的激活。在静止状态的情况下设备10的各电磁体断电。一旦设备10和装置30的第一和第二控制线圈14、34相互紧邻，就开始识别过程。如果识别成功，则设备10的电磁体或各个电磁体通电。只要有一个电磁体设置在第一控制线圈的中心，其就吸引装置30。装置30的小的转动达到在第一主线圈13中心的电磁体也吸引在装置30第二主线圈33中心的金属盘。现在定位线圈装置12、32的两个线圈，借此将装置30固定在设备10上。现在可激活设备的第一主线圈13，随后开始充电过程。

在该实施形式中，只在成功识别以后才激发设备10的电磁体或各个电磁体。按这种方式避免通过电磁场损坏不相容的物件，如已提到的信用卡。此外，放弃用机械的开关按键，能够降低系统的成本。

本发明的一个优点在于，使用者的手直观地通过磁场，从而使装置30自动地在设备10的安置面11上处于正确的位置。对此，不需要设备10的安置面11的外形轮廓匹配于装置30的壳体的外形轮廓。安置面11可以例如基本上是平的。

在便携式装置定位以后，不仅各个可选的控制线圈而且用于装置的电池充电的各个主线圈都得以正确定位。因此使充电过程的效果最大化。使得未耦接的能量最小化。借此可以在最大程度上防止EMV(电磁兼容性)问题。

相应便携式装置的确定位置可以例如用于其他的无线技术，例如感应式的HF(高频)耦接，借此能够将装置连接在天线上。

本发明的另一优点在于，装置30即使在不利的环境条件下(例如振动)也仍能保持固定在最佳位置。特别是，按照本发明的设备可供使用在车辆尤其是汽车或商用车中。

附图标记清单

10    设备

11    安置面

12    第一线圈装置

13    第一主线圈

14    第一控制线圈

15    第一联接装置

16    第一构件

17    磁体

18    磁体

19    充电装置

20    控制装置

30    电池操作的便携式装置

31    电池

32    第二线圈装置

33    第二主线圈

34    第二控制线圈

35    第二联接装置

36    第二构件

37    磁体

38    磁体

39    充电单元

40    控制装置

Claims (15)

1.用于将电池操作的便携式装置(30)机械及电气连接以便其操作和/或其电池充电的设备(10)，包括：

-用于所述便携式装置(30)的安置面(11)；

-在所述安置面(11)的下面设置的第一线圈装置(12)，该第一线圈装置设计为，当便携式装置(30)在安置面(11)上被安置于一预定位置时用于与便携式装置(30)的第二线圈装置(32)相互作用；

-在所述安置面(11)的下面设置的第一联接装置(15)，通过该第一联接装置与便携式装置(30)的第二联接装置(35)相配合能使便携式装置在支承到安置面(11)上以后处于预定位置，其中，所述第一联接装置(15)具有至少一个第一构件(16)，该第一构件设计成用于与便携式装置(30)的相应的第二构件磁性耦接，使所述便携式装置(30)通过磁场自动地在所述设备(10)的安置面(11)上处于正确的预定位置，对此，不需要所述设备(10)的安置面(11)的外形轮廓匹配于所述便携式装置(30)的壳体的外形轮廓，

所述第一线圈装置(12)包括第一主线圈，当该第一主线圈与所述第二线圈装置(32)的第二主线圈相联接时用以产生一个用于便携式装置(30)的电池的充电电流，

作为用于数据通讯的装置，所述第一线圈装置(12)包括与一控制装置相联接的第一控制线圈(14)，该第一控制线圈与所述第二线圈装置(32)的第二控制线圈(34)相联接，

所述第一联接装置(15)包括两个不同极性的永久磁体，在主线圈的中心并且可选择在控制线圈的中心设置一相应的第一构件(16)。

2.按照权利要求1所述的设备，其特征在于，此设备(10)包括一个用于与便携式装置(30)的充电单元进行数据通讯的装置，以控制电池的充电过程。

3.按照权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述第一联接装置(15)的所述至少一个第一构件设计成用于提供一磁场。

4.按照权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述第一联接装置(15)包括一永久磁体，作为所述至少一个第一构件(16)。

5.按照权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述第一联接装置(15)包括一电磁体，作为所述至少一个第一构件(16)，该电磁体与所述第二联接装置(35)的一个金属的第二构件协同作用。

6.按照权利要求5所述的设备，其特征在于，构造为电磁体的第一构件可通过手工操纵的开关接通和断开。

7.按照权利要求5所述的设备，其特征在于，构造为电磁体的第一构件可通过控制装置接通和断开。

8.按照权利要求1或2所述的设备，其特征在于，通过安置面(11)的外形轮廓不能实现便携式装置(30)的机械定位和/或固定。

9.电池操作的便携式装置(30)，包括：

-第二线圈装置(32)，它设计为，当便携式装置(30)在安置面(11)上被安置于一预定位置时用于与设备(10)的设置在该设备(10)的安置面(11)的下面的第一线圈装置(12)相互作用；

-第二联接装置(35)，通过它与设备(10)的第一联接装置(15)相配合能使便携式装置在支承到安置面(11)上以后处于预定位置，其中，所述第二联接装置(35)具有至少一个第二构件(36)，该第二构件设计成用于与设备(10)的相应的第一构件磁性耦接，使所述便携式装置(30)通过磁场自动地在所述设备(10)的安置面(11)上处于正确的预定位置，对此，不需要所述设备(10)的安置面(11)的外形轮廓匹配于所述便携式装置(30)的壳体的外形轮廓，所述第二线圈装置(32)包括第二主线圈，当该第二主线圈与第一线圈装置(12)的第一主线圈相联接时用以产生一个用于便携式装置(30)的电池的充电电流，所述第二联接装置(35)包括两个不同极性的永久磁体，在第二主线圈的中心并且可选择在第二控制线圈的中心设置一相应的第二构件(36)。

10.按照权利要求9所述的便携式装置，其特征在于，所述第二联接装置(35)包括一永久磁体，作为所述至少一个第二构件(36)。

11.按照权利要求9或10所述的便携式装置，其特征在于，所述第二联接装置(35)包括一金属体，作为所述至少一个第二构件(36)，该金属体与第一联接装置(15)的一个相应的电磁体协同作用。

12.按照权利要求9或10所述的便携式装置，其特征在于，所述便携式装置是通讯终端设备和/或媒体数据播放器。

13.一种包括按照上述权利要求1至8之一项所述的设备(10)和按照上述权利要求9至12之一项所述的便携式装置的系统。

14.车辆，其包括按照上述权利要求1至8之一项所述的设备(10)。

15.按照权利要求14所述的车辆，其特征在于，所述车辆是汽车或商用车。