CN103168407A

CN103168407A - 手持式可旋转地再充电的电子设备

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Publication number: CN103168407A
Application number: CN2011800408369A
Authority: CN
Inventors: 博比·利·巴德齐斯齐克; 科林·詹姆斯·麦克马斯特
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-06-22
Filing date: 2011-06-02
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2031-06-02
Also published as: US8344693B2; EP2586114B1; US20110309794A1; CN103168407B; WO2011162798A2; EP2586114A2; WO2011162798A3

Abstract

一种可旋转地再充电的电气设备包括具有背部、质心和电池的电子装置。在装置的背部处的发电机具有固定到装置上的转子和具有平行于装置的背部延伸的平的接触表面的定子。转子和定子旋转地连接在一起，以便转子和定子可围绕垂直于接触表面延伸且穿过质心的轴线相对地旋转。电压调节电路电性地连接在发电机与电池之间，以便当设备放置于支承件上，以便接触表面摩擦地接合支承件且装置围绕轴线旋转时，发电机产生电输出，电输出由调节电路调整，以使电池充电。

Description

手持式可旋转地再充电的电子设备

技术领域

本发明涉及手持式电池供电的电气装置或电子装置。本发明尤其涉及其电池可在不需要外部电源的情况下再充电的此类装置。

背景技术

较小的手持式或便携式电池供电装置变得越来越普遍。这些装置包括移动电话、照相机、电子游戏机、收音机、TV、手电筒、GPS、接收器、记录及回放装置等。在许多情况下，此类装置通过一个或多个可再充电类型的电池供电。

此类电池供电装置的主要缺点在于使电池再充电的外部电力并非总是可获得的。例如，移动电话的一个最大市场就是所谓的第三世界国家，许多第三世界国家没有良好的陆上电话线路网。然而，那些国家也同样可能没有用于将电力分配到人们家里和办公地点的可靠电网。因此，为了使他们的移动电话的电池再充电，使用者经常需要在的确具有电力的中心位置处使电池再充电，这对于使用者来说不方便。即使在发达国家中，也存在其中装置使用者可能发现他或她自己没有电力的情况，例如，在露营、航行、滑雪等时，或不能够插入充电器中时，例如，在飞机上或出席很长的会议时。

因此，将期望的是，能够具有一种手持式电子装置，该电子装置的电池可在不利用来自外部电源的电力的情况下再充电。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供上文识别出的类型的改善的手持式或便携式电池供电设备。

本发明的另一个目的在于提供其电池可在缺乏外部电源的情况下再充电的此类设备。

本发明的另外一个目的在于提供具有该性质的设备，即使对技术上不熟练的使用者来说，该设备的电池也可很容易地再充电。

本发明的还有另一个目的在于提供手持式电池供电设备，该设备将需要用来操作该设备和使其电池再充电的所有构件都收纳在单个紧凑包装中。

本发明的另一个目的在于提供用于手持式电池供电装置的壳体，其能够使该装置的一个或多个电池再充电。

其它目的将在下文部分地变得明显或将在下文部分地出现。

因此，包括构造的特征、元件的组合和零件的布置的本发明将在下文阐述的构造中举例说明，且本发明的范围将在权利要求中指出。

简言之，本设备包括电池供电的电气装置或电子装置，以及附接的发电机。发电机包括固定到装置的壁上的转子和从装置中伸出的定子，该定子具有平的露出的接触表面。转子和定子可围绕垂直于接触表面且穿过装置的质心的轴线相对地旋转。电压调节电路连接在发电机与装置的电池之间，以便当设备放置于支承表面上，其中接触表面摩擦地接合支承件且设备围绕所述轴线旋转时，发电机产生电输出，电输出由调节电路调整以使电池再充电。

尽管发电机和调节电路可包括在电子装置自身中，但它们优选为存在于保护性地封装该装置的壳体中。在任何情况下，如稍后将详细地描述的那样，发电机为平的饼型构造，该构造从装置伸出或突出最小的距离，以便其不会由其自身明显地加到装置的总体底部（footprint）或装置的轮廓上。另外，如将看到的那样，调节电路改变或调整来自发电机的输出信号以满足特定装置的电力需要，以便可通过使装置旋转来在最少量的时间内使装置的电池再充电。

因此，即使在不可获得外部电力时，本设备的电池也可再充电，使得使用者在其变得需要或期望的任何时候都能够操作该装置。

附图说明

为更全面地理解本发明的性质和目的，应结合所附附图参照以下详细描述，在附图中；

图1为根据本发明的手持式电池供电设备的透视图；

图2为其的底部平面视图；

图3为沿图2的线3-3截取的截面视图，详细地示出了设备的发电机和其它构件；

图3A为沿图3的线3A-3A截取的截面视图；

图4为图3中发电机的转子的较大比例的底部平面视图；

图5为图3中发电机的定子的相同比例的顶部平面视图；以及

图6为示出了连接到图3中的发电机上的设备的电压调节电路的图解视图。

具体实施方式

参看附图的图1，以10大体上示出的本设备包括较小的电气装置或电子装置12，装置12一般通过一个或多个内部可再充电的电池12a来供电。装置12可为一定数目的常规手持式或便携式电气装置或电子装置中的任何一种，在该申请的背景部分中识别了其中一些电子装置。示出的装置12正好为保护性地封装在柔性壳体14中的移动电话，壳体14设计成露出电话的显示屏且设计成允许接近电话的各种控制件和连接器端口。这些端口包括一般用于从远程电源使装置的电池12a再充电的标准输入端口12b(图3)。

根据本发明，以16大体上示出的平的饼型的发电机通过壳体14固定到装置12的背部。发电机16包括固定到壳体14上的转子16b和从壳体的背部略微伸出的定子16a，且发电机16具有带高摩擦系数的露出的平的底面。因此，当设备10放置于支承件S(例如，桌子)上，使得定子16a摩擦地接合该支承件，且人用他/她的手指F使壳体及其内容物围绕轴线A如由图1中的箭头所指出那样旋转时，发电机16产生足以使装置12中的电池12a充电的电输出。如稍后将详细地描述的那样，设备10包括电压调节电路，电压调节电路优选为位于壳体14中，以改变和调整来自发电机16的电输出，以使装置12中的特定的电池12a充电。

现参看图2和图3，壳体14包括底壁14a、一直围绕装置12延伸的侧壁14b，以及以盖板14c的形式框定装置12的正面的顶壁。如这些图所示，发电机16安装到薄的刚性板22上。如图3中最佳地看出的那样，板22的端部由分别向上和向下延伸的突出部或联接件22a和22b形成，且板22适于收纳在形成于壳体14的底壁14a中的袋体24中。经由框住半圆形的切口27的底壁14a的外面中的两个横向槽口26提供至该袋体的通路。这些允许首先板22的一个端部，且然后另一个端部滑入袋体24中，袋体24与切口27一起形成为发电机16提供空隙的中心开口。如在图3中最佳地看出的那样，为了将板锁定在袋体24中，凹口或联接孔24a和24b分别设在袋体24的上壁和下壁中以收纳板联接件22a和22b。

现参看图3和图4，发电机的转子16b包括倒置的杯状的部件32，部件32安装在板22的中心的圆形开口22c中，以便部件32的顶壁32a与板齐平，且部件的侧壁32b向下延伸穿过壳体14的底壁中的开口27,27。

沿径向定向的铁氧体极片34的同心圆阵列安装到部件32内的底壁32a上，其中各个极片34都由绕组36包绕。在示出的实施例中，存在沿径向间隔开的三个同心圆阵列，以提供在相邻的阵列之间和在最外面的阵列与部件壁32b之间的三个同心间隙38。在图4中示出的设备的实施例中，最内部的阵列中存在三个极片34，中间的阵列中存在九个极片，而最外面的阵列中存在十五个极片，各个极片均具有对应的绕组36。特定的阵列数目和各个阵列中的极片/绕组的数目可取决于所需的发电机16的输出电压来变化。

另外，出于稍后将描述的原因，多个较小的永磁铁42在围绕部件壁32b均匀地间隔开的位置处安装到部件壁32b的内表面中。图4中的转子16b具有五十个此类磁铁42。

现参看图3和图5，发电机16的定子构件16a包括杯状部件46，部件46具有比部件32略小的直径，使前部件能够嵌套在后部件内侧，以便部件46的平的底壁46a与部件壁32b的边缘一样高或稍微低于部件壁32b的边缘。作为优选，如图2和图3中所示，具有高摩擦系数的材料(例如，橡胶)的薄衬垫47附连到部件壁46a的底表面或外表面上，以便衬垫向下延伸到转子16b的下方。

环形磁铁48的同心阵列从定子部件46的底壁46a向上延伸，图5中示出了三个此类阵列，其中最外面的环形磁铁48紧抱部件46的侧壁46b的内表面。各个环形磁铁48均在边界48a处分段，且边界的相对侧上的节段相反地径向极化(N vs.S)，以便在各个边界处出现磁通量变化。另外，作为优选，出于稍后将描述的原因，较小的永磁铁52设在最外面的环形磁铁48的径向外表面处的各个边界48a处。图4中示出的定子具有九个此类边界48a和九个磁铁52。

如图3中所示，当定子16a定位于转子16b内时，环形磁铁48向上延伸至转子16b(图4)中的三个同心间隙38中。通过分别在转子和定子的相对的壁32a和46a之间延伸的旋转轴承或轮轴54可将转子和定子旋转地联接在一起，以便转子16b可在轮轴54上围绕轴线A枢转。

将从上文清楚的是，当设备10放置于如图1中所示的支承表面S上，且壳体14和壳体的内容物围绕轴线A旋转时，发电机转子16b将旋转，而定子16a则保持静止。由转子绕组36在各个磁铁边界48a处遇到的磁通量变化将在那些绕组中感生出电流，这是本技术领域中公知的。如图6中图解地指出的那样，三个同心绕组阵列中的绕组36全部都卷绕且串联连接，以便当装置12围绕轴线A旋转时，绕组总体上产生波动的DC电压。

作为优选，轴线A垂直于板22且垂直于图3和图4中所示的定子部件壁46a，且还穿过作为整体的装置12和设备的质心M，以便在壳体14和壳体的内容物的旋转运动期间，设备保持住平衡，以便来自发电机16的电输出以大致规则的方式变化。例如，当装置以合理的速度(例如，50RPM -300RPM)旋转时，来自示出的发电机的输出可以以正弦曲线方式在8VDC与10VDC之间变化。

参看图3和图6，印刷电路板62定位于壳体14中，在板22之上。作为优选，该电路通过绝缘内衬63与壳体内部绝缘。电路板具有串联地连接所有转子绕组36的印刷布线，且支承电压调节电路64，电压调节电路64以其最简单的形式包括桥式整流器64a，桥式整流器64a的输出使电容器组64b充电。电容器控制整流器以释放5VDC至7VDC，5VDC至7VDC足以使装置12中的电池12a充电。

更精细的调节电路64不管旋转方向如何都可提供具有相同极性的DC输出，且提供用以控制装置12显示的信号，以告知使用者该装置以足够的再充电速率旋转，且用以显示其它相关参数。

在任何情况下，调节电路64的输出都出现在终端68上，终端68在壳体14的端部处插入充电座70的端口70a中。充电座70还具有连接器70b，连接器70b布置成且适于在装置位于壳体14中时插入装置12的标准电池充电端口12b中。由于电压调节电路64位于壳体14中，且本身不是发电机16的一部分，故电压调节电路64可与壳体14中特定的装置12相匹配，以便装置的电池接收适合的电荷。在给定的应用中，如果将出于一些原因应必须减少来自发电机16的输出电压，则这仅通过在电路板62处绕过一个或多个绕组36，而剩余的绕组保持串联来完成。

当使用者的手指F将壳体14和壳体的内容物角速度地加速至如上文所述的速度时，装置的旋转惯性将在需要来自使用者的另一个旋转刺激之前使设备在相当长的持续时间内保持旋转。为了延长各次旋转的持续时间，上述永磁铁42和52分别设在发电机的转子16b和定子16a上。这些永磁铁为沿径向极化的，以便永磁铁的磁通线或多或少地垂直于定子16a的最外面的环形磁铁48的边界48a处的通量。因此，当发电机处于负载下时，即，电池12a在充电时，它们起到使发电机的转子16b的所谓的"镶齿效应（cogging）"最小化的作用。

将从前文认识到的是，可在其中外部电源不可用于装置的电池12a再充电的许多情形中使用本设备。实际上，即使该电池有缺陷，只要装置旋转，则装置12可通过发电机16来直接地供电。例如，如果装置12为手电筒，则手电筒在紧急状况中也可提供光。

因此，将看到的是，有效地达到以上所阐述的目的，其中那些目的从前述描述变得清楚。另外，在不脱离本发明的范围的情况下，可对上述构造进行某些变化。例如，可转换转子和定子的角色，以便环形磁铁48与壳体14一起移动，而极片/绕组则保持静止。因此，旨在包含在以上描述中或在所附附图中示出的所有要素都应解释为示范性的而不能解释成限制意义。

Claims

1.一种可旋转地再充电的电气设备包括：

电子装置，所述电子装置具有前部、背部和质心且包含电池；

发电机，所述发电机包括固定到所述装置的背部上的转子和具有大体上平行于所述装置的背部延伸的平的接触表面的定子，所述转子和所述定子旋转地连接在一起，以便所述转子和所述定子可围绕垂直于所述接触表面延伸且穿过所述质心的轴线相对地旋转，以及

电压调节电路，所述电压调节电路电气地连接在所述发电机与所述电池之间，以便当所述设备放置于支承件上，以便所述接触表面摩擦地接合所述支承件，且所述装置围绕所述轴线旋转时，所述发电机产生电输出，所述电输出由所述调节电路调整，以使所述电池充电。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述装置选自由移动电话、照相机、游戏机、TV、收音机、电灯、录音机、音频播放器或视频播放器和GPS接收器组成的集合。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述发电机和所述调节电路位于封装所述装置的壳体中。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述调节电路在夹在所述装置的背部与所述发电机之间的电路板上。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述转子和所述定子中的一者包括至少一个沿径向极化的磁铁的圆形阵列，而所述转子和所述定子中的另一者包括至少一个绕组的圆形阵列，两个阵列均以所述轴线为中心，以便当所述转子和所述定子相对地旋转时，在所述绕组中感生出电压。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述转子和所述定子包含与所述轴线同心地间隔开的相等的多个所述阵列，以便所述磁铁和所述绕组沿所述径向方向交替。

7.根据权利要求6中所述的设备，其特征在于，所述设备还包括定位在最外面的磁铁圆形阵列的圆周处的所述边界处的较小的沿径向极化的边界磁铁。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述设备还包括固定地分配在围绕所述边界磁铁的圆中的多个较小的沿径向极化的永磁铁。

9.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所有的所述绕组串联连接，以便所述发电机输出为在所述绕组中感生出的所述电压的总和。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述电压调节电路包括用于使适合所述电池的DC充电电压整流和释放到所述电池的桥式整流器和电容器组。

11.一种可旋转地再充电的电子设备，包括：

用于包住电气装置的柔性壳体，所述壳体包括其中具有袋体的后壁；

饼型发电机，所述发电机包括可旋转地联接在一起的定子和转子，以用于围绕轴线旋转以提供电输出，所述定子包括垂直于轴线延伸的平的接触表面；

支承板，所述支承板固定到所述转子上且垂直于所述轴线延伸，所述板收纳在所述袋体中，以便所述发电机从所述壳体的后壁突出，且所述轴线延伸穿过所述壳体和所述壳体的任何内容物的质心，以及

电压调节电路，所述电压调节电路邻近所述壳体的后壁且连接以接收所述电输出，以便当设备放置于支承件上，以便所述接触表面摩擦地接合所述支承件且所述壳体围绕所述轴线旋转时，所述发电机产生适合于使电池充电的规则的电输出。

12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述设备还包括

收纳在所述壳体中的电气装置，所述装置包括电池且具有定位在所述轴线上的质心，以及

在所述壳体中的电连接件，所述连接件在所述电压调节电路与所述电池之间延伸，以便在所述壳体和所述壳体的内容物的旋转期间使所述电池充电。

13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述连接件包括

在所述装置中的充电端口，所述端口连接到所述电池上，以及

所述壳体的壁中的充电座，且所述充电座连接到所述调节电路上，所述座包括定位成用以在所述装置被收纳在所述壳体中时插入所述端口中的连接器部分。

14.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述转子和所述定子中的一者包括至少一个沿径向极化的磁铁的圆形阵列，而所述转子和所述定子中的另一者包括至少一个绕组的圆形阵列，两个阵列均以所述轴线为中心，以便当所述转子和所述定子相对地旋转时，在所述绕组中感生出电压。

15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述转子和所述定子包含与所述轴线同心地间隔开的相等的多个所述阵列，以便所述磁铁和所述绕组沿所述径向方向交替。

16.根据权利要求15中所述的设备，其特征在于，所述设备还包括定位在最外面的磁铁圆形阵列的圆周处的所述边界处的较小的沿径向极化的边界磁铁。

17.根据权利要求16所述的设备，其特征在于，所述设备还包括固定地分配在围绕所述边界磁铁的圆中的多个较小的沿径向极化的永磁铁。

18.根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所有的所述绕组串联连接，以便所述发电机输出为在所述绕组中感生出的所述电压的总和。

19.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，所述电压调节电路包括用于使适合所述电池的DC充电电压整流和释放到所述电池的桥式整流器和电容器组。