CN103053090A - 通用感应充电器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种感应充电器适配器元件，所述元件包括外壳、包含导电材料的线圈，线圈被包含在外壳内，所述线圈被构造成感应地耦合到外部初级线圈；和被支撑在外壳上的连接器，连接器耦合到线圈并被构造成将感应充电器适配器元件耦合到设置在装置上的端口，连接器包括用于向该装置中的电池提供功率和充电电流的第一对导体。

Description

通用感应充电器

背景技术

现代便携式电子装置例如手机、手持式计算机和便携式音频/视频播放器通常由电池供电。常常使用可再充电电池来向此类装置供电。可再充电电池可从各种电源充电，包括AC电源，例如使用AC/DC充电器，或在汽车中充电，例如插接到点烟器适配器（CLA）中的DC/DC充电器，或使用便携式充电器。近来，已开发出了感应充电器以对便携式装置中的可再充电电池进行充电。此类感应充电器的实例包括例如Splashpower^TM、eCoupled^TM、Powermat^TM、WiPower^TM和PowerbyProxi^TM之类的系统。

感应充电系统使用充电垫（具有一个或多个初级线圈或发射线圈），待充电的装置被放置在所述垫上。这些待充电的装置配备有定制的接收器，例如配备有该装置所特有的接收器感应线圈的表皮。此类装置所特有的系统通常需要被初始设备制造商（OEM）所接受。未配备定制接收器的装置可通过电线连接到放置在该垫上的外部接收器单元。然而，此类方法最小化了感应充电的有益效果。

发明内容

根据本发明的一个方面，一种感应充电器适配器元件包括外壳、包含导电材料的线圈，线圈被包含在外壳内，该线圈被构造成感应地耦合到外部初级线圈；和被支撑在外壳上的连接器，连接器耦合到线圈并被构造成将感应充电器适配器元件耦合到设置在装置上的端口，连接器包括用于向该装置中的电池提供功率和充电电流的第一对导体。

根据本发明的另一方面，一种感应数据传输系统包括接收模块，该接收模块包括外壳和设置在外壳中的线圈。接收模块也包括被支撑在外壳上且耦合到线圈的连接器，连接器被构造成将接收模块耦合到设置在装置上的端口，连接器包括用于为该装置中的电池提供充电电流的第一对导体和被构造成在接收模块和该装置之间传输数据的至少第二导体。该系统也包括发射模块，该发射模块包括初级线圈和耦合到初级线圈的端口，该端口包括用以从外部电源接收电流的第三导体、以及用以从外部数据源接收数据的第四导体，其中从感应功率提供的充电电流从初级线圈传输至外壳中的线圈，并且数据传输由初级线圈和外壳中的线圈之间的感应数据传输来提供。

根据本发明的另一方面，一种感应数据传输装置包括封装初级线圈的垫和耦合到初级线圈的第一端口，第一端口包括用以从外部电源接收电流的导体；和耦合到初级线圈的数据传输端口，该数据传输端口用以从外部数据源接收数据。

附图说明

图1为感应充电系统的图解平面图。

图2为充电连接件的绘画视图。

图3A和3B分别为充电连接件的透视图和侧视图。

图4为示出了示例性充电连接件中的组件的示意性方框图。

图5A和B为用于充电连接件的示例性线圈结构的视图。

图6为充电连接件的一个实例的透视图。

具体实施方式

参见图1，示出了感应充电系统10。系统10容纳放置在充电垫14上的装置12。装置12中的可再充电电池使用充电连接件16从充电垫14充电。一般来讲，充电连接件16为如下装置，其通过设置在装置12上的端口（未编号）连接到装置12。例如，充电连接件16可使用通用串行总线（USB）端口例如微型USB端口（micro-USB port）或迷你USB端口（mini-USB port）连接到装置12。在一些具体实施中，可使用其它端口来将充电连接件16连接到装置12，包括但不限于USB-A、USB-B、Firewire（IEEE 1394）、DC Power Jacks、以及专有连接器例如被Motorola、Apple、Samsung等所使用的那些。充电连接件16设有基于连接件16所连接的端口的合适的连接器。

充电连接件16所连接的装置12上的端口被构造成向该装置供电，并且也被构造成对向装置12供电的一个或多个可再充电电池充电。端口16和所述一个或多个可再充电电池之间的电路可提供充电控制。在一些具体实施中，充电电路嵌置有可再充电电池和/或耦合到可再充电电池。在一些情况下，充电电路可被构造成经由充电连接件16从充电垫14接受充电输入。在一些具体实施中，充电连接件16可被构造成具有“贯通”选项以在插入适配器之前提供与该装置相同的输入连接器。该选项可用于允许数据交换或连接外部功率连接件例如汽车点烟器适配器/充电器（CLA）。

在一些具体实施中，充电电路可包括被构造成监控充电电流的充电控制器电路，所述充电电流用于不同类型的可再充电电池和电池组，包括例如圆柱形电池、棱柱形电池和纽扣电池。充电电路也可被构造成提供例如过充电保护和温度监控之类的功能。

充电垫14经由端口20从外部电源（例如墙上插座或便携式电源）接收功率，并且经由充电连接件16将该功率感应地传输至可再充电电池。充电垫14可为便携式实体或嵌置到更大单元中的实体。例如，在一些具体实施中，充电垫可为家具例如桌子的一部分。在这种情况下，装置12可简单地放置在家具的一部分上，以便进行充电。

在一些具体实施中，充电垫14可包括一个或多个线圈18，该线圈用作感应充电系统中的初级线圈。应当指出的是，图1所示的线圈18通常被包含在充电垫的主体内。一般来讲，线圈18被嵌置在充电垫14的顶部表面的下方。线圈18由连接到充电垫的电源供电，并且该功率经由初级线圈18和充电连接件16内的次级线圈之间的耦合感应地传输至充电连接件16。充电垫14可包括一个或多个线圈18。例如，充电垫14可包括一个大线圈，使得充电连接件16中的接收线圈当被放置在充电垫上的任何位置时与线圈18耦合。在一些具体实施中，可将多个线圈18分布在充电垫14内。一般来讲，线圈18为电磁线圈，包括例如扁平线圈（例如印刷电路或挠曲电路）、卷轴线圈或螺线管。通常，线圈18通过如下方式形成：围绕磁性材料芯或非磁性材料（例如，空气）芯卷绕导体例如电线或用以承载高频交流电的多芯绞合线。当电流流过线圈18的卷绕体时，所产生的磁场沿其纵向轴线延伸穿过线圈18的中心并且围绕套环或线圈的外部回绕。环绕每个套环或线卷绕体的磁场与源自其它套环的场组合，以向线圈1 8的中心产生集中的场。可通过控制所导入的电流、线圈的套环或卷绕体的数目、以及与线圈18相关联的其它参数和特性来控制线圈磁场的强度。一般来讲，线圈18中所感生的磁通是变化的（例如使用交流电），以在充电连接件16内的接收器线圈中感生电压。

装置12可被简单地放置在充电垫14上以便对其充电。在一些具体实施中，装置12被放置在某一取向或位置，以便在接收线圈和充电垫14的线圈18之间产生高效耦合。例如，装置12可按如下方式放置在充电垫14上，所述方式使得所连接的充电连接件16中的接收线圈位于线圈18附近，与其相距小于例如约2.54cm（1英寸）。在一些具体实施中，可同时将多个装置12（装置每个均具有独立的充电连接件16）放置在充电垫14上。

使用充电连接件16充电的所述一个或多个可再充电电池可为一个或多个可再充电电化学单元或电池的组合。如果在可再充电电池中存在多个电池单元，则这些电池单元可串联或并联地彼此连接。一般来讲，电池（或电池单元）可包括：i）阳极或负极-还原电极或燃料电极-其向外部电路提供电子并且在电化学反应期间被氧化；ii）阴极或正极-氧化电极-其从外部电路接受电子并且在电化学反应期间被还原；和iii）电解质-离子导体-其在电池内提供用于在阳极和阴极之间转移电荷例如离子的介质。电解质通常为液体，例如水或其它溶剂，其具有溶解的盐、酸或碱以赋予离子导电性。在一些具体实施中，电池可包括固体或气体电解质，这些电解质在电池的运行温度下为离子导体。在一些具体实施中，可再充电电池可包括锂离子电池，所述锂离子电池具有石墨阳极材料或钛酸锂阳极材料、以及磷酸铁锂阴极材料，其适于使基于此类材料的可再充电电池能够快速再充电。一般来讲，电池为电能的贮存装置，并且也称为“蓄电池”或“蓄能器”。

装置12可为使用可再充电电池的任何电子装置或电气装置。例如，装置12可包括但不限于手机或智能电话、GPS装置、电动剃刀、电动牙刷、个人数字助理（PDA）、数字照相机、图片查看器、音频装置、膝上型计算机和多媒体装置例如

参见图2，示出了充电连接件16与装置12的示例性连接。在该实例中，充电连接件16经由微型USB端口（未示出）在装置12的侧部处连接到装置12。虽然图2中的实例将充电连接件16的高度描绘成了基本上与装置12的深度相同，但这不应当被认为是限制性的。充电连接件16的尺寸一般来讲可独立于装置12。实际上，相同的充电连接件16可用在具有适当连接端口的多个装置12（可能具有不同尺寸）上。

现在参见图3A，示意图示出了示例性充电连接件16的透视图。概括地讲，充电连接件16包括外壳30和连接器31，所述连接器被构造成将外壳内的电路耦合到装置的端口。外壳30可为将该电路容纳在其中的任何形状和尺寸。在该实例中，外壳30被示出为半圆形圆柱体。在一些具体实施中，外壳30可具有其它形状，例如圆柱形、立方形、扁平的或矩形固体。

在一些情况下，外壳30为可连接到装置12的背面的薄片或贴片。所述薄片或贴片配备有适当的连接器31以连接到装置12上的端口（例如迷你或微型USB）。一般来讲，主体30具有足够的磁导率以允许在充电垫14的线圈18和封装在主体30内的接收线圈之间产生高效的磁耦合。例如，主体30可由非传导性或非磁性材料例如塑料、PCBA、特氟隆等构成。

根据充电连接件16所连接的装置12的端口来提供连接器31。例如，如果充电连接件16连接到装置12上的微型USB端口，则连接器31为合适的微型USB插头。在一些具体实施中，充电连接件16可设有能够根据装置12的充电端口而改变的多个可互换的连接器（例如微型USB、迷你USB、DC Jack等）。一般来讲，连接器31将在充电连接件16和充电连接件所连接的装置12之间提供一种或多种连接。在一些具体实施中，连接器31中的一种或多种连接允许具有多种功能（有时是并行的）例如充电和数据传输。此类多种功能可允许在对装置12充电期间进行数据传输（例如经由USB端口进行）。在这种情况下，可将数据输入端口（例如USB端口）设置在充电垫14上，并且数据可经由充电连接件16感应地传输至装置12，有时与充电功率同时地传输。在一些具体实施中，可通过如下方式来实现数据和功率的此类并行传输：例如，通过调制该功率信号，或以与该功率信号不同的频率发射数据。例如，该功率传输可在100kHz至500kHz的范围内进行，并且数据通信可在射频范围内，即在10MHz至10GHz的范围内进行。在一些具体实施中，数据源例如计算装置或存储器装置可连接到充电垫，同时装置12被感应地充电，使得能够进行通信。在一些具体实施中，充电垫14可包括存储器以至少暂时地存储要将传输至装置12的数据。

一般来讲，连接器31不是对称的，并且充电连接件16在连接到装置12时的取向可取决于装置102上的相应端口的取向。例如，迷你USB（或微型USB）端口在顶部与在底部具有不同的宽度，并且一般来讲，端口可向上取向或向下取向地设置在装置中。在这种情况下，外壳30相对于装置12的取向取决于端口的取向。然而，在一些情况下，可能期望使外壳30的一个部分（例如，更靠近接收线圈的一侧）更靠近充电垫14。在一些具体实施中，这可通过如下方式实现：将充电连接件16构造成对称的和/或可逆的，从而允许连接件16的一端靠近充电垫14，而不论端口在装置12上的取向如何。充电连接件16可被制造成可逆的，例如通过机械地使得连接器31能够旋转至期望的取向来制造。

在一些具体实施中，连接器31在充电连接件16上的位置可被制造成可调的。例如，连接器31可被构造成沿通道32上下移动。这种布置方式允许适当地定位外壳的一部分。例如，连接器31可被定位成使得外壳30的底部与装置12的接触充电垫14的表面对齐。连接器31也可被定位成使得外壳30的线圈侧尽可能地靠近充电垫14。在一些具体实施中，可结合这种旋转或逆转或替换连接器31的功能来提供用于移动连接器31的通道32。

在一些具体实施中，充电连接件16包括连接器31和外壳30之间的开口33。当连接器31沿通道32旋转和/或移动时，开口33允许连接器31和外壳30内的电路之间的电线穿过并移动。在一些具体实施中，充电连接件16包括安装在迷你USB或微型USB连接器的背面上的印刷电路板（PCB）。在这种情况下，PCB承载接收器电路（整流器、电压转换器等）并且经由电刷连接到两个垂直传导功率轨。以该方式，连接器/PCB组合件可上下滑动以将功率适配器调整至在该装置侧部上的最佳位置。在一些具体实施中，充电连接件16也包括导线器34，导线器在连接器31沿通道32移动时封装和引导这些电线。在一些具体实施中，连接器31可沿通道32移动以及旋转或逆转。

现在参见图3B，示意图示出了示例性充电连接件16的侧视图（从连接器侧观察）。导线器34在该视图中为隐藏的并且使用虚线表示。在一些具体实施中，连接该连接器31与外壳30内的电路的电线35穿过开口33。在一些具体实施中，这些电线35可按总线形式分组在一起。

参见图4，示意性方框图示出了示例性充电连接件16的内部结构。概括地讲，充电连接件16包括线圈40和电路41。线圈40为接收线圈，其与参照图1所述的一个或多个初级线圈18耦合。

在一些具体实施中，线圈40为例如图5A所示的扁平线圈。在扁平线圈的情形中，电线的卷匝体或卷绕体基本上位于相同的平面上，并且与线圈的直径相比，线圈的高度是极小的。在其它具体实施中，线圈40为例如图5B所示的卷轴线圈。在卷轴线圈的情形中，线圈40是围绕磁性或非磁性材料（例如，铁氧体）芯（具有半径r）卷绕的，所述材料的特征可在于磁导率μ。一般来讲，卷轴线圈的轴线平行于长度l且垂直于表面14。在一些具体实施中，线圈的长度刚好小于典型的便携式装置的厚度（例如手机或智能电话）。一般来讲，当充电连接件106所连接的装置被放置在平坦表面例如充电垫104的表面上时，卷轴线圈是垂直取向的。

充电连接件16也包括电路41，所述电路接收在线圈40中所感生的电流并且将电流提供给该装置并通过连接器31提供给可再充电电池。电路41可包括例如整流器45和稳压器48。在一些具体实施中，整流器45被构造成将输入给电路41的交流电（AC或RF）转换为直流电（DC）。然后源自整流器45的直流电输出可被馈送至DC/DC稳压器48。整流器45可为半波整流器或全波整流器，并且可包括例如二极管、电阻器和电容器之类的组件。

稳压器48可从整流器45接受某一范围内的输入电压并提供期望的充电电压。一般来讲，稳压器48为提供经调节过的输出电压的DC/DC转换器。例如，在一些具体实施中，稳压器48可提供5VUSB输出。在一些具体实施中，稳压器48可提供逐步升高的电压电平、逐步下移的电压电平或大约相同电平的经调节过的电压。稳压器48的输出端的电流水平可取决于各种因素例如系统设计和相应地充电垫14和充电连接件16中的各线圈之间感应链接的品质而变化。例如，当产生5V输出时，电流（其也为充电电流）可在0.1A和1.5A之间变化。在一些具体实施中，稳压器48可包括恒定电流调节器电路或限流电路以满足USB的规格要求。

电路41也可包括其它组件，例如用于传输感应地从充电垫14接收的数据的组件。在一些具体实施中，该数据可从该功率信号解调或由独立的线圈以不同的频率接收。在一些具体实施中，解调过的数字数据被转换为USB D+和D-信号并且被馈送至微型USB连接器的对应的销。可在电路41中包括附加的电阻器或分压器以使得特有装置能够以期望的速率经由它们的充电连接器接受充电，例如两个特定销之间的具有预定值的电阻器。

在一些具体实施中，可实施“贯通”选项以允许触及该装置的USB端口而无需移除充电连接件16。例如，当感应充电器不可用时（例如在汽车中），可能需要USB端口以便进行某种其它连接。在一些具体实施中，附加的凹连接器（例如凹微型或迷你USB连接器）可连接到充电连接件16的背面，使得该凹连接器耦合到充电连接件16的连接器31。

图6示出了充电连接件60的一个实例的透视图。当连接到某一装置时，线圈40通常面向下，因为这种取向允许线圈最贴近感应充电垫。连接器31可沿通道32滑动使得充电连接件60能够适配于具有不同厚度的各式装置。在一些具体实施中，充电连接件60也可具有窗口62，窗口可用作连接到充电连接件60的另一个连接器（未示出）的容器。连接器31可在背面设有凹端口以接受这种连接。在这种情况下，连接器31可沿通道32移动至其中凹端口对应于窗口62的位置，从而允许充电连接件60用作“贯通”端口。在这种情况下，可使用该装置上的端口而无需从端口移除充电连接件。在一些具体实施中，也可在充电连接件60上实施端口转换。例如，设置在连接器31的背面上的凹端口可为微型USB端口，而连接器31自身为迷你USB连接器。在这种情况下，充电连接件6包括用以使第一类型的端口匹配于第二类型的连接器的电路。

其它实施方案在以下权利要求书的范围之内。

Claims (13)

1.一种感应充电器适配器元件，包括：

外壳，

包含导电材料的线圈，所述线圈被包含在所述外壳内，所述线圈被构造成感应地耦合到外部初级线圈；和

被支撑在所述外壳上的连接器，所述连接器耦合到所述线圈并被构造成将所述感应充电器适配器元件耦合到设置在装置上的端口，所述连接器包括用于向所述装置中的电池提供功率和充电电流的第一对导体。

2.如权利要求1所述的元件，还包括在所述连接器内的至少第二导体，所述第二导体被构造成在所述感应充电器和所述装置之间传输数据。

3.如权利要求1所述的元件，还包括：

耦合到所述线圈的电路，所述电路包括：

整流器，和

电压转换器，所述电压转换器用以将对所述电路的输入电压转换为恒定的充电电压。

4.如权利要求1所述的元件，其中所述连接器在所述外壳上的位置是可调的。

5.如权利要求2所述的元件，还包括在所述外壳上的通道以移动可调的所述连接器。

6.如权利要求1所述的元件，其中所述连接器被构造成围绕所述外壳上的点旋转。

7.如权利要求1所述的元件，其中所述连接器包括通用串行总线（USB）插头。

8.如权利要求7所述的元件，其中所述USB插头为迷你USB插头和微型USB插头中的一种。

9.如权利要求1所述的元件，其中所述连接器被能够拆卸地安装在所述外壳上。

10.如权利要求9所述的元件，其中所述连接器为第一类型和第二类型中的一种，并且所述外壳被构造成支撑所述第一类型和第二类型的连接器二者。

11.如权利要求1所述的元件，其中所述线圈为扁平线圈和卷轴线圈中的一种。

12.如权利要求3所述的元件，还包括：

一对电刷；和

一对导电轨，所述连接器被构造成在所述一对导电轨之上移动，所述轨中的每个经由所述电刷中的对应的一个电刷连接到所述电路，

其中所述连接器被调整成使得所述外壳中的导体线圈与所述外部初级线圈相距预定的距离之内。

13.如权利要求12所述的元件，其中所述预定的距离小于约1英寸。

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