CN103959595B - 一种用于感应地向移动设备提供功率的功率发射器设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种感应式功率发射器设备（1），其用于感应地向设有接收器线圈单元的移动设备提供功率。该发射器设备包括保持器（3）和线圈装置（11）。保持器（3）具有由提供面对的表面（9a，9b）的两个壁（7a，7b）限定的腔体（5），其中所述腔体被配置用于在这些面对的表面之间接纳移动设备。线圈装置（11）具有两个发射器线圈单元（13a，13b），其中这些线圈单元中的一个布置到所述壁中的一个中，并且这些发射器线圈单元中的另一个布置到所述壁中的另一个中，并且其中线圈单元中的每一个被配置用于在将移动设备插入到保持器的腔体中时感应地耦合到移动设备的所述接收器线圈单元。这些特征允许用户在不担心移动设备的正确位置的情况下将移动设备连接到发射器设备。

Description

一种用于感应地向移动设备提供功率的功率发射器设备

技术领域

本发明涉及一种用于感应地向设有接收器线圈单元的移动设备提供功率的感应式功率发射器设备。

在日常说话中，移动设备是一种典型地具有显示屏幕的小的手持式计算设备，例如移动电话、智能电话和PDA。在本文中，术语“移动设备”并不限于前面的定义，而是也包括其他相对较小的便携式或手持式设备，例如数字照相机、MP3播放器和电池单元。

背景技术

移动电子设备日益在商业和个人环境中用于例如通信和娱乐。这样的设备的实例是移动电话、智能电话和音乐播放器。这样的移动设备设有用于存储能量的电池。如果这些移动设备也设有线圈，尤其是次级线圈，那么电池可以借助于感应式电池充电器充电或再充电。现有技术充电器包括基站，该基站具有用于支撑要充电或再充电的移动设备的水平取向的平坦支撑表面。基站中容纳了初级线圈或初级线圈阵列，以及用于激励初级线圈或线圈阵列的必要的电子器件。无线功率传输通过将移动设备置于支撑表面上，使得移动设备的次级线圈面向基站的支撑表面来实现，其中支撑面构成充电区域。无线充电器的实例可以在例如WO2010/093719A1和US2011/065383中找到。

已知的充电器的一个缺陷在于，当移动设备上下颠倒地置于基站的支撑表面上时，不可能发生无线充电，因为在这种情形下，移动设备的次级线圈对于形成感应耦合而言处于离基站的初级线圈或线圈阵列太大的距离处。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于向移动设备提供功率的感应式功率发射器设备，其允许用户将移动设备连接到该发射器设备而不担心移动设备的正确位置。

这个目的通过如权利要求1中所述的感应式功率发射器设备实现。更具体而言，依照本发明的感应式功率发射器设备包括：保持器，其具有由提供面对的表面的两个壁限定的腔体，所述腔体被配置用于在这些面对的表面之间接纳移动设备；以及线圈装置，其具有两个也称为初级线圈单元的发射器线圈单元，其中这些线圈单元中的一个布置到所述壁中的一个中，并且这些发射器线圈单元中的另一个布置到所述壁中的另一个中，并且其中发射器线圈单元中的每一个被配置用于在将移动设备带到所述腔体中时感应地耦合到移动设备的也称为次级线圈单元的接收器线圈单元。保持器可以是壳体、框架、底架等等。面对的表面可以被限定为接口表面或充电区域。移动设备原则上可以是所有种类的电子便携式设备，例如移动电话、数字照相机、MP-3播放器以及电池和电池组。一般说来，接收器线圈单元置于移动设备的主侧面附近，所述主侧面通常是上侧或下侧。接收器线圈单元可以具有一个或多个任何适当形状的接收器线圈。

为了对移动设备充电或再充电，将移动设备插入到依照本发明的发射器设备的腔体中，即将移动设备置于所述两个壁之间，由此移动设备的接收器线圈单元总是面对发射器设备的表面之一。按照这种方式，插入到腔体中的移动设备的接收器线圈单元总是处于用于与发射器设备的充电区域之一感应地耦合的正确位置。

在依照本发明的感应式功率发射器设备的一个实际的实施例中，发射器线圈单元为平面线圈单元。优选地，发射器线圈单元取向成平行于或者基本上平行于接口表面。每个发射器线圈单元可以是单个扁平线圈或者扁平线圈阵列。该线圈或线圈阵列可以在壁内侧具有固定的或者可变的位置。该线圈或线圈阵列可以分别为本身已知的线圈和线圈阵列。通常，初级线圈为扁平圆形线圈，然而，也可以应用任何其他适当形状的扁平线圈。

在依照本发明的感应式功率发射器设备的一个实际的实施例中，腔体为槽状腔体。一般而言，移动设备为具有大多由上侧和下侧构成的两个主侧面的薄盒状设备。出于这个原因，槽状腔体是用于接纳这种设备的方便的腔体。在移动设备的插入状态下，主侧面面对发射器设备的充电区域。

依照本发明的感应式功率发射器设备的一个优选的实施例设有用于通过使面对的表面中的至少一个相对于另一个运动而调节这些表面之间的距离的调节机构。在该实施例中，面对的表面之间的距离可以适于移动设备的各种各样的尺寸。调节机构的一个实施例包括一个或多个回弹或弹性部件，所述部件容纳到至少一个面对的壁中并且允许所述至少一个壁的表面在与所述表面垂直的方向上运动，以便增大或减小面对的表面之间的距离。所述调节可以在移动设备被推送到发射器设备中时自动地发生。调节机构的另一个实施例包括用于使至少一个面对的壁朝另一个壁来回运动的构件。该构件可以包括用于使一个壁或者这两个壁移位的电气致动器等等。可替换地，所述构件可以是手操作构件，例如是不论是否设有锁定机构的滑动机构。

依照本发明的感应式功率发射器设备的一个优选的实施例设有用于在面对的表面之间将移动设备插入腔体中时固定移动设备的固定机构。该实施例提供了一种用于甚至在发射器设备经受移位时也将移动设备保持在其充电位置的方便的构件。移位可能意外地发生，但是也可能取决于应用。发射器设备可以被构成为静止的设备，例如独立设备，或者可以是设备的组成部分。在一个有利的应用中，将发射器设备集成到车辆中，例如集成到汽车的仪表板或者中间控制台中。运动的汽车总是造成加速和减速以及机械振动。集成到汽车中的发射器设备也受到这些加速、减速和机械振动。固定机构防止由于所述加速、减速和机械振动以及能量传输中断而引起的插入到发射器设备中的移动设备的位置的扰动。也可以将发射器设备嵌入到船舶或飞机中。固定机构可以是调节机构的组成部分，其中调节机构的部件可以具有或者也可以具有固定功能。在固定机构的一个相对简单的实施例中，至少一个面对的表面具有一定的抗滑性，使得在将移动设备插入到发射器设备中时，即在它处于用于形成感应接触的位置时，存在足够的防止移动设备的不希望的运动的摩擦力。

依照本发明的感应式功率发射器设备设有用于在面对的表面之间将移动设备插入到腔体中时夹紧移动设备的夹紧机构。实际上，夹紧机构是上面提到的固定机构的一个实施例并且也可以是调节机构的组成部分。

依照本发明的感应式功率发射器设备的一个优选的实施例的特征在于，线圈装置具有至少一个用于向发射器线圈单元供应电力的电源。这是使用外部电源的一种实用且有利的替换方案。它可以简化需要的电子器件。所述至少一个电源可以是本身已知的电源。

在依照本发明的感应式功率发射器设备的一个优选的实施例中，所述至少一个电源是用于向两个发射器线圈单元供应电力的公共电源。在该简化的实施例中，这两个发射器线圈单元共享一个电源，即该公共电源。

在依照本发明的感应式功率发射器设备的一个优选的实施例中，线圈装置具有用于在将移动设备插入到腔体中时检测移动设备的接收器线圈单元的定位的电子器件。基于检测结果，生成所述电子器件的输出信号，并且因此激活最靠近接收器线圈单元的发射器线圈单元之一，其中激活的线圈单元面对接收器线圈单元。为了完整起见，应当指出的是，激活的线圈单元是最靠近接收器线圈单元的线圈单元。例如使用谐振或检测信号的检测方法本身是已知的。

依照本发明的感应式功率发射器设备的一个优选的实施例被配置用于与现在设有两个接收器线圈单元的移动设备协作，其中这些接收器线圈单元中的一个在移动设备的主侧面附近提供，并且这些接收器线圈单元中的另一个在移动设备的另一主侧面附近提供，这两个主侧面彼此避开，其中线圈装置具有至少一个用于同时向这两个发射器线圈单元供应电力的电源。该实施例允许实现到上面描述的移动设备的高效的能量传输。

本发明也涉及一种感应式功率发射器系统，该系统包括依照本发明的感应式功率发射器设备并且包括被配置用于与该感应式功率发射器设备协作的移动设备。所限定的依照本发明的感应式功率发射器系统具有与依照本发明的感应式功率发射器设备的优点类似的优点。

应当指出的是，US 7,878,585 B2公开了一种用于向设有次级线圈的蜂窝电话供电的无线充电设备。该充电设备包括被配置成装配到车辆中的杯保持器内的基座壳体，并且进一步包括具有顶部表面和停靠表面的顶部壳体，这两个表面被配置成允许将蜂窝电话置于顶部表面上。所公开的充电设备进一步包括初级充电单元，该初级充电单元包括充电电路和用于感应地提供功率的初级线圈。

应当进一步指出的是，US 5,070,293公开了一种用于对条形码读取器充电的电力发射设备。该发射设备包括第一矩形线圈，该线圈具有沿着该线圈的轴向延伸的弯曲部分。该读取器包括第二扁平矩形线圈，该第二扁平矩形线圈在读取器被带入其充电位置时通过所述弯曲部分插入到第一线圈中。在充电位置，第一和第二线圈设置在基本上一个平面内，以便在这两个线圈之间形成感应耦合。

这两个现有技术充电设备都与依照本发明的感应式功率发射器设备截然不同。

此外，应当指出的是，US 2011/0241608 A1公开了一种感应式电池充电器，该充电器包括具有能够接纳电池的充电杯的感应式充电杯模块。初级感应线圈在充电杯下方嵌入到充电杯模块中。初级感应线圈感应地将功率传输至由充电杯接纳的电池。

这些已知设备中没有一个设有具有两个发射器线圈单元的线圈装置以及具有由提供面对的接口表面的两个壁限定的腔体的保持器，其中腔体被配置用于在这些接口表面之间接纳移动设备，并且其中这些线圈单元中的一个布置到所述壁中的一个中，并且这些发射器线圈单元中的另一个布置到所述壁中的另一个中，并且其中线圈单元中的每一个被配置用于在将移动设备插入到保持器的所述腔体中时，即在移动设备处于其充电位置时感应地耦合到移动设备的接收器线圈单元。

本发明进一步涉及一种移动设备，尤其是一种被配置用于与依照本发明的感应式功率发射器设备协作的移动设备。依照本发明的移动设备的特征在于，该移动设备设有两个也称为次级线圈单元的接收器线圈单元，其中这些接收器线圈单元中的一个在移动设备的主侧面附近提供，并且这些接收器线圈单元中的另一个在移动设备的另一主侧面附近提供，这两个主侧面彼此避开。所限定的依照本发明的移动设备非常适合于与依照本发明的感应式功率发射器设备协作。接收器线圈单元的次级线圈可以是扁平圆形线圈，然而，也可以应用任何其他适当形状的线圈。

依照本发明的移动设备的一个实施例设有在至少一个其他侧面附近提供，即在不同于上面提到的主侧面的一个或多个侧面提供的至少一个另外的接收器线圈单元。该实施例非常适合于与依照本发明的感应式功率发射器设备的某些实施例协作。

参照所附权利要求书，应当指出的是，权利要求书中提到的特征的所有可能的组合都是本发明的部分。

附图说明

下面，提供本发明的详细描述。该描述通过参照附图阅读的非限制性实例的方式提供，在附图中：

图1示意性地示出了依照本发明的感应式功率发射器设备的第一实施例；

图2示意性地示出了依照本发明的感应式功率发射器设备的第二实施例；

图3示意性地示出了依照本发明的感应式功率发射器设备的第三实施例；

图4示意性地示出了依照本发明的感应式功率发射器设备的第四实施例；

图5示意性地示出了移动设备的一个实施例；

图6示意性地示出了依照本发明的移动设备的一个实施例。

具体实施方式

应当明确指出的是，所公开的实施例示意性地被绘出。这些实施例表示依照本发明的设备的实例。相同的附图标记在若干实施例中用于相同或相应的元件和部分，然而，不是所有的元件和部分都在所述若干实施例中指明。

图1中所示的感应式功率发射器设备1被配置用于感应地向设有接收器线圈单元的移动设备提供功率。图5中绘出了这样的移动设备的一个实施例100，其中接收器线圈单元通过附图标记102指明。发射器设备1包括保持器3和线圈装置11。可以由任何适当的材料（例如塑料）制成的保持器3具有两个壁7a、7b以及由这些壁7a、7b限定的腔体5，其中壁7a、7b提供面对的接口表面9a、9b。在该实施例中，保持器3进一步具有两个支撑8a、8b和插入开口10。腔体5被配置用于在这些表面9a、9b之间接纳移动设备。在该实施例中，腔体5为槽状腔体。线圈装置11设有两个发射器线圈单元13a、13b。线圈单元13a集成到壁7a中，靠近并且取向平行于表面9a，并且发射器线圈单元13b集成到壁7b中，靠近并且平行于表面9b。线圈单元13a、13b为基本上扁平的单元，并且每一个设有一个或多个也分别称为初级线圈和初级线圈阵列的扁平或平面线圈或线圈阵列。这样的线圈或线圈阵列可以分别为已知的线圈和线圈阵列，并且可以为例如圆形、矩形或者四边形形状。其他适当的扁平形状也是可能的。线圈单元13a、13b中的每一个被配置用于在将移动设备插入到保持器3的腔体5中时感应地耦合到移动设备的接收器线圈单元。这意味着不管插入的移动设备的取向如何，即不管是否上下颠倒，总是存在表面9a、9b之一，其能够与移动设备的接收器线圈单元形成感应接触。在当前实施例中，线圈装置11具有两个用于向发射器线圈单元13a、13b供应电力的电源21a、21b，其中源21a电耦合到线圈单元13a并且源21b电耦合到线圈单元13b。电源21a、21b可以是已知的电源。在当前实施例中，线圈装置11进一步具有用于在将移动设备插入到腔体5中时检测移动设备的接收器线圈单元的定位的电子器件23。电子器件23可以是已知的电子构件。

图2中所示的感应式功率发射器设备1设有用于调节面对的表面9a、9b之间的距离（d）的调节机构15。在该实施例中，调节机构包括设有外螺纹并且可旋转地安装到保持器3的壁7b上的转轴15a。转轴15a通过设有内螺纹且提供到壁7a中的开口15b插入。通过旋转转轴15，可以调节接口表面9a、9b之间的距离d以便使腔体5适于抓住移动设备。转轴的旋转可以由手造成，但是可替换地，可以使用电驱动。调节机构15也可以用于将插入的移动设备固定到保持器3中。这在本实施例中可以通过在插入移动设备之后旋转转轴15a而实现，使得壁7a、7b朝彼此移动以便在两个表面9a、9b之间夹紧插入的移动设备。

图3中所示的感应式功率发射器设备1设有用于在面对的表面9a、9b之间将移动设备插入腔体5中时固定移动设备的固定机构17。在该实施例中，固定机构17由具有相对较高的表面摩擦系数的材料构成。该材料在一个或所述两个接口表面9a、9b上提供或者是接口表面的部分。摩擦系数应当具有这样的值，使得在使用条件下插入的移动设备保持在壁7a、7b之间，而不显著妨碍易用性，尤其是移动设备的放入运动和拉出运动。在该实施例中，只有一个电力源，即公共电源21被提供用于向所述两个发射器线圈单元13a、13b供应电力。公共电源21位于壁7a中且在壁7a内侧耦合到线圈单元13a并且经由电力连接器22耦合到壁7b中的线圈单元13b。其他实施例，例如图1中所绘的发射器设备1也可以设有公共电源21以代替两个单独的电源21a、21b。电源21可以是已知的电源。

图4中所示的感应式功率发射器设备1设有用于在面对的表面9a、9b之间将移动设备插入到腔体5中时夹紧移动设备的夹紧机构19。在该实施例中，夹紧机构19由柔性材料（例如泡沫橡胶）构成，是保持器3的一个或者所述两个壁7a、7b的部分。柔性材料能够使其形状适于插入的移动设备的轮廓。在本实施例中，壁7a、7b可借助于枢铰20相对彼此作枢轴转动。然而，其他的构造是可能的，例如，壁7a、7b可以能够如例如图2中所公开的那样相对于彼此进行直线运动。

图5中所示的移动设备100被配置用于与其实施例在图1-4中绘出的依照本发明的感应式功率发射器设备（特别是发射器设备1）协作。可以为移动电话或者另一个便携式电子设备的移动设备100具有接收器线圈单元102，该单元在移动设备100的主侧面104（通常为底侧）附近提供。这样的移动设备本身可以是已知的。当把移动设备100插入到发射器设备1的腔体5中时，参见例如图1，主侧面104总是面对保持器3的接口表面9a、9b之一。换言之，插入的移动设备总是处于待充电的正确位置。

图6中所示的移动设备100设有两个也称为次级线圈单元的平面接收器线圈单元102a、102b，每个接收器线圈单元具有一个或多个次级线圈。一个线圈单元102a在移动设备的主侧面104a附近提供且平行于主侧面104a，并且另一个线圈单元102b在移动设备的另一主侧面104b附近提供且平行于该另一主侧面104b。这两个主侧面彼此避开并且可以分别为移动设备100的上侧和下侧。依照本发明的感应式功率发射器设备的实施例被配置用于与如图6中所绘的移动设备100协作。在这样的实施例中，线圈装置具有公共电源或者被配置用于同时向所述两个发射器线圈单元供应电力的两个单独的电源。在移动设备100的插入位置，一个主侧面104a面对发射器设备的接口表面之一，并且另一个主侧面104b面对另一个接口表面。发射器设备和移动设备100构成一种高效的感应式功率发射器系统。

在如图6中所绘的移动设备100的一个可替换的实施例中，至少一个另外的接收器线圈单元102c在至少一个其他侧面104c（例如移动设备的侧翼之一）附近提供且与其平行。

总的说来，可以说本发明的一个主要方面涉及一种用于感应地向设有接收器线圈单元的移动设备提供功率的感应式功率发射器设备。该发射器设备包括保持器和线圈装置。保持器具有在两个提供面对的表面的壁之间延伸的腔体，其中该腔体被配置用于在这些面对的表面之间接纳移动设备。线圈装置具有两个发射器线圈单元，其中这些线圈单元中的一个布置到所述壁中的一个中，并且这些发射器线圈单元中的另一个布置到所述壁中的另一个中，并且其中线圈单元中的每一个被配置用于在将移动设备带到保持器的腔体中时感应地耦合到移动设备的接收器线圈单元。这些特征允许用户在不认真关注移动设备的正确位置的情况下将移动设备连接到发射器设备。本发明的另一个方面涉及一种感应式功率发射器系统，该系统包括依照本发明的感应式功率发射器设备并且包括被配置用于与该发射器设备协作的移动设备。本发明的另一方面涉及一种被配置用于与发射器设备协作的移动设备。

本领域技术人员应当清楚的是，本发明的范围并不限于前面所讨论的实例。在不偏离如权利要求书中所限定的本发明的范围的情况下，所讨论的实例的若干修订和修改是可能的。尽管在所述附图和说明书中已经详细地图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应当被认为仅仅是说明性或示例性的，而不是限制性的。本发明并不限于所公开的实施例。本领域技术人员在实施要求保护的本发明时，根据对于所述附图、说明书以及所附权利要求书的研究能够理解并实施的所描述和/或描绘的实施例的任意变型和组合都是本发明的部分。依照本发明的功率发射器设备可以用作充电器，但是并不限于该用途。在权利要求书中，动词“包括”及其变体的使用没有排除其他的步骤或元件，并且不定冠词“一”并没有排除复数。在相互不同的从属权利要求中记载了特定的技术措施这一事实并不意味着这些技术措施的组合不可以加以利用。权利要求书中的任何附图标记都不应当被视为对本发明范围的限制。

Claims (12)

1.一种感应式功率发射器设备（1），用于感应地向设有接收器线圈单元的移动设备（100）提供功率，所述发射器设备包括：

- 保持器（3），其具有由提供面对的表面（9a，9b）的两个壁（7a，7b）限定的腔体（5），所述腔体被配置用于在这些面对的表面之间接纳移动设备，以及

- 线圈装置（11），其具有两个发射器线圈单元（13a，13b），其中这些线圈单元中的一个布置到所述壁中的一个中，并且这些发射器线圈单元中的另一个布置到所述壁中的另一个中，并且其中线圈单元中的每一个被配置用于在将移动设备插入到保持器的所述腔体中时感应地耦合到移动设备的所述接收器线圈单元，其中夹紧机构（19）被提供用于在面对的表面（9a，9b）之间将移动设备插入到腔体（5）中时夹紧移动设备，并且其中夹紧机构（19）是保持器（3）的所述两个壁（7a、7b）的部分。

2.如权利要求1所述的感应式功率发射器设备，其中发射器线圈单元（13a，13b）为平面线圈单元。

3.如权利要求1所述的感应式功率发射器设备，其中腔体（5）为槽状腔体。

4.如权利要求1所述的感应式功率发射器设备，其中调节机构（15）被提供用于通过使面对的表面（9a，9b）中的至少一个相对于另一个运动而调节这些表面之间的距离（d）。

5.如权利要求1所述的感应式功率发射器设备，其中固定机构（17）被提供用于在面对的表面（9a，9b）之间将移动设备插入到腔体（7）中时固定移动设备。

6.如权利要求1所述的感应式功率发射器设备，其中线圈装置（11）具有至少一个用于向发射器线圈单元（13a，13b）供应电力的电源（21a，21b；21）。

7.如权利要求6所述的感应式功率发射器设备，其中所述至少一个电源是用于向所述两个发射器线圈单元（13a，13b）供应电力的公共电源（21）。

8.如权利要求1所述的感应式功率发射器设备，其中线圈装置（11）具有用于在将移动设备插入到腔体（5）中时检测移动设备的接收器线圈单元的定位的电子器件（23），基于检测结果，最靠近接收器线圈单元的发射器线圈单元被激活。

9.如权利要求1所述的感应式功率发射器设备，被配置用于与现在设有两个接收器线圈单元（102a，102b）的移动设备（100）协作，其中这些接收器线圈单元中的一个在移动设备的主侧面（104a）附近提供，并且这些接收器线圈单元中的另一个在移动设备的另一主侧面（104b）附近提供，这两个主侧面彼此避开，其中线圈装置（11）具有至少一个用于同时向所述两个发射器线圈单元（13a，13b）供应电力的电源（21）。

10.一种感应式功率发射器系统，包括如前面的权利要求中任何一项所述的感应式功率发射器设备（1）并且包括被配置用于与所述感应式功率发射器设备协作的移动设备（100）。

11.如权利要求10所述的感应式功率发射器系统，其中移动设备设有两个接收器线圈单元（102a，102b），其中这些接收器线圈单元中的一个在移动设备的主侧面（104a）附近提供，并且这些接收器线圈单元中的另一个在移动设备的另一主侧面（104b）附近提供，这两个主侧面彼此避开。

12.如权利要求11所述的感应式功率发射器系统，设有在至少一个其他侧面（104c）附近提供的至少一个另外的接收器线圈单元（102c）。