CN105098936A - 用于电设备的充电站 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电设备的充电站，所述电设备具有至少一个接收线圈(8)，其中，所述充电站具有一用于容纳所述电设备的容纳装置和至少一个充电线圈(4)，其中，所述充电站具有至少一个导向线圈(12)，所述导向线圈至少部分地布置在所述容纳装置和所述充电线圈(4)之间。

Description

用于电设备的充电站
技术领域
本发明涉及一种用于电设备的充电站，所述电设备具有至少一个接收线圈，其中，所述充电站具有一用于容纳所述电设备的容纳装置和至少一个充电线圈。
背景技术
当今许多不同的电设备均具有蓄能器装置、例如能够无线充电的蓄电池。一相应的充电站具有至少一个充电线圈，能够为所述充电线圈加载交流电流。在此，尤其是产生一随时间变化的磁场。如果在该随时间变化的磁场中布置电设备的一接收线圈，则在该接收线圈中通过改变的磁场会感应产生能够用于为蓄电池充电的电流。能够以这种方式充电的电设备例如可以是移动无线设备、平板电脑、智能手机、MP3播放器或者其他便携式电或电子设备。然而电动汽车和其他电驱动的车辆的电池和蓄电池也能够以这种方式进行充电，从而使得这些车辆也可以理解为本发明意义上的电设备。
充电站因而可以具有不同的形状和形式。因此，所述充电站可以构造为用于一移动无线设备或者一其他便携式数据处理设备或者通讯设备的支架的形式。而相反的，对于电驱动的车辆，充电站是一相应配备的停车可能性，其中，例如在实际停车场地下方布置所述至少一个充电线圈，所述停车场地在这种情况下形成容纳装置。尤其是对于便携式电子设备或电设备，例如也可以将所述充电站装入到家具、例如桌子表面中。在这种情况下，当在咖啡厅或者餐厅就餐时能够通过将设备放置在桌子的一特定部位处例如为移动电话或者通讯设备进行充电。能够为几乎所有构造用于感应式充电的电设备设计一被本申请涵盖的、相应的充电站。
例如由文献US2010/0315039A1和US7,392,068B2公开了一种用于移动无线设备的、支架形式的充电站。所述支架具有至少一个充电线圈，所述充电线圈能够如此地与所述移动无线设备的接收线圈共同作用，使得能够无线地例如为所述移动无线设备的蓄电池进行充电。其优点在于，不仅不必将所述移动无线设备精确地定位在所述支架的容纳装置中，另外所述移动无线设备和所述支架的一相应的插座或者插头之间不需要插接连接装置，以便为所述移动无线设备进行充电，所述移动无线设备例如可以是移动电话、智能手机或者其他的移动通讯器。
由文献DE102012217424A1公开了一种用于电驱动车辆的充电站，其中在待充电的机动车中布置一负载阻抗，以便能够调整所传递的电功率。由此，尤其是要遵守安全规定，这些安全规定例如涉及对布置在充电线圈和接收线圈之间的物体的最大允许升温。
充电站的所述至少一个充电线圈和电设备的所述至少一个接收线圈共同构成一变压器，通过所述变压器传递功率。然而由于所述两个线圈并未以一定距离相互间隔地定位并且并未围绕一共同的芯进行布置，所以在所述至少一个充电线圈中产生的并且还流动经过电设备的接收线圈的磁通量的比例相对于拥有一个芯的传统变压器是减小的。这样会导致不希望出现的且几乎不可控制的电磁场放射，由此会影响和/或干扰在充电站周围的其他电设备或者电子设备。这尤其是对于在机动车中布置的充电站是成问题的，其原因在于，在此多个其他的电子设备、例如车载收音机或者导航系统紧靠着所述充电站进行布置。对于用于为电驱动车辆充电的充电站来说，所述至少一个充电线圈和所述至少一个接收线圈之间的间距构造得非常大并且此外在所述至少一个接收线圈中可感应产生大电流，以便为车辆的有时候非常大的蓄电器和蓄能器充电。因而必然在所述至少一个充电线圈中产生强电磁场，这导致也沿非期望方向的、增大的电磁场辐射。
发明内容
因而本发明的任务在于，如此地改进用于电设备的充电站，使得减少沿非期望方向放射的电磁辐射。本发明通过根据权利要求1前序部分的充电站来解决所提出的任务，该充电站的特征在于，所述充电站具有至少一个导向线圈，所述导向线圈至少部分地布置在所述容纳装置和所述充电线圈之间。
例如可以是一由导电材料制成的单个闭合匝的所述至少一个导向线圈减小了沿非期望方向发射的电磁辐射的比例。当所述至少一个充电线圈被一交流电流通流时，所述至少一个导向线圈位于所述至少一个充电线圈的电磁场中。导向线圈因此也处在随时间改变的磁场中，从而使得在所述导向线圈内感应产生一电流，通过所述电流引起一磁场，该磁场反作用于通过所述至少一个充电线圈引起的磁场。以这种方式平衡了所述充电线圈的至少一部分磁场并因此减少了放射出的电磁辐射。
所述至少一个导向线圈优选完全地处在所述至少一个充电线圈和所述容纳装置之间，所述电设备能够被容纳到所述容纳装置中。由此使得所述至少一个导向线圈的效应最大化并且减少了所需匝的数量进而减少了用于制造导向线圈所需的能导电材料的量。制造由此变得更加快速、简单且成本低廉。
有利的是，所述导向线圈具有比所述至少一个充电线圈更少的匝。由于通过所述至少一个导向线圈不必传递功率到所述电设备的所述至少一个接收线圈上，而是应当仅仅平衡沿非期望方向发射且延伸的、干扰性的部分磁场，所以为所述至少一个导向线圈配备比所述至少一个充电线圈更少的匝便已足够。在特定的应用领域中，使用仅仅唯一一个闭合的匝作为导向线圈便已足够。由此进一步地减少了所需能导电材料的量。
在一种优选的设计方案中，所述至少一个导向线圈与一参考电位电连接、尤其是接地。由此，构成至少一个导向线圈的电导体的放射被限制并且还减少或者说避免了例如在切断被导引通过所述至少一个充电线圈的交流电流后残余的静电电荷和相应的力。
作为有利的已证实的是，所述至少一个导向线圈的横截面大于所述至少一个充电线圈的横截面。以这种方式确保了，所述至少一个导向线圈对于朝所述电设备的所述至少一个接收线圈方向的所期望的磁通量的影响是尽可能小的并尤其是通过磁场的干扰比例和所发射的电磁辐射在所述至少一个导向线圈中感应产生了电流。更形象地说，在这种情况下，所述至少一个导向线圈未处于这样的场线的区域，这些场线离开所述至少一个充电线圈的并延伸通过所述电设备的所述至少一个接收线圈，而是尤其是阻碍这样的磁场线，这些磁场线也未延伸通过所述接收线圈并由此形成了不希望的、散射的磁场线。
在一种特别优选的设计方案中，所述至少一个导向线圈是一尤其在一电路板上的印刷电路。以这种方式能够以特别简单且成本低廉以及节省材料的方式制造所述至少一个导向线圈并随后以结构上特别简单的方式安装在充电站中。此外，以这种方式能够例如通过拆卸承载所述至少一个导向线圈的电路板并且通过另一个电路板进行替换来特别简单地实现更换有缺陷的或者受损的导向线圈。
所述电路板优选是天线耦合部的电路板。该电路板本来便存在在尤其是用于电气或者电子通讯设备的大部分充电站中。通过在将电路板装配在充电站中之前将所述至少一个导向线圈作为印刷电路施加到该已经存在的电路板上，则不需要在充电站中的额外的结构空间，从而使得尽管存在额外的所述至少一个导向线圈却能够在结构上简单且紧凑地实施所述充电站。
所述至少一个导向线圈优选由至少一种金属性线材制成，所述至少一种金属性线材尤其是由铜、银、镀银金属或者片制成。当然也可以考虑采用另外的导电材料，在这些导电材料中，通过一随时间变化的磁场能够感应产生电流。
所述至少一个导向线圈优选具有一矩形的或者圆形的横截面。所述至少一个导向线圈的横截面特别有利地具有就像所述至少一个充电线圈的横截面那样的相同几何形状。以这种方式确保了，这两个线圈可以相对彼此同心地进行布置，从而使得所述至少一个导向线圈和相应的所述至少一个充电线圈之间的间距在两个线圈的周边的每个部位上都是恒定的，从而使得所述至少一个导向线圈的阻尼和导向作用在沿着这两个线圈的周边的每个部位上也都是相同大小。
所述至少一个充电线圈能够构造成相对于容纳装置能移动，以便例如能够考虑对所述电设备并不精确地在容纳装置中进行定位。在这种情况下，所述至少一个导向线圈也有利地构造成能移动并且特别有利地与所述至少一个充电线圈机械式耦合，从而使得两个线圈能够仅共同在一起移动。以这种方式一方面实现了，即便电设备在容纳装置中未进行精确定位时也能够使所述至少一个充电线圈的最大功率被传递到所述至少一个接收线圈上并同时通过所述至少一个导向线圈实现了最佳地屏蔽和导向非期望的磁场线。
作为有利的已证实的是，所述充电站具有多个充电线圈和多个、尤其是同样多数量的导向线圈。以这种方式确保了，对于所述充电线圈中的每个存在至少一个导向线圈。与是否存在一个或者多个充电线圈无关地，可以有意义地设置用于一充电线圈的多个导向线圈，所述导向线圈例如能够以与对应的充电线圈不同的间距进行布置。在此，不同的导向线圈能够具有不同或者相同的直径和/或不同或者相同的几何横截面形状和/或相同或者不同的匝数量。以这种方式能够构成多个个别的导向部，以便能够根据对应需求和要求来个别地影响通过所述充电线圈产生的、随时间变化的磁场。
形成所述至少一个导向线圈的至少一个电导体优选绕所述至少一个导向线圈的周边弯折地延伸。以这种方式拦截住较大比例的非期望的磁场并且使其“变得无害”，该磁场未延伸通过所述至少一个电设备的所述接收线圈。
附图说明
在下文中，借助附图对本发明的实施例进行详细说明。其中：
图1示出了根据本发明的第一实施例的充电站的局部示意图，
图2至图4在根据本发明的另一个实施例的充电站中示出了到不同的线圈组件上的示意性俯视图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的第一实施例的充电站的局部示意图。在所述充电站的、例如可以是铁氧体屏蔽部的一构件2处布置至少一个充电线圈4，能够利用一交流电流加载所述充电线圈。由此产生一通过示意性描绘出的充电场线6示出的交变磁场。可以看出，在所示出的实施例中，一部分充电场线6垂直相上延伸并由此延伸通过一接收线圈8，所述接收线圈是一电设备的部件，而所述电设备仅仅示出了基本构件10，所述基本构件同样可以例如是铁氧体屏蔽部。因而，该在图1中垂直向上延伸的充电场线6同样穿透所述接收线圈8并且这样造成在所述电设备中的所述接收线圈8中感应产生一电流，通过所述电流能够为所述电设备的一蓄电器或者一电池进行充电。然而如同样能够在图1中看到的那样，并非所有充电场线6沿该方向延伸。此外，通过弯曲示出的充电场线6解释了所述磁场，所述弯曲示出的充电场线6并不延伸通过所述接收线圈8。这些充电场线是不希望出现的并且会导致放射出电磁辐射，所述辐射会干扰相邻的和周围的电气和/或电子设备并可能地会导致健康受影响。
为了减小通过这些充电场线6示出的磁通量示出了一导向线圈12，所述导向线圈包括一电导体的至少一个闭合的匝。由于该电导体处于由所述充电场线6示出的变化的磁场中，在所述导向线圈12中感应产生一电流，通过箭头14表明了该电流的方向。该电流导致产生通过导向场线16绘制出的交变磁场。可以看出，所述导向场线16反作用于未延伸通过所述接收线圈8的所述充电场线6。以这种方式明显减小了未延伸通过所述接收线圈8的所述磁场的强度，从而使得也减小了电磁辐射的放射。
所述导向线圈12通过一电导线18与一参考电位20连接。
在图1中可以看出，所述导向线圈12构造成四角形，而所述充电线圈4具有圆形横截面。这是一可能的配置，但并不是必须的配置。然而，所述导向线圈12的所述一个横截面大于所述充电线圈4的横截面。以这种方式确保了，构成所述导向线圈12的所述电导体位于未延伸通过所述接收线圈8的充电场线6的区域中。
图2示出了根据本发明的另一个实施例的充电站的线圈组件的示意性俯视图。该充电站具有四个充电线圈4，其中，仅仅一个、即从图2中右侧数连续画出的第二个充电线圈是活性的。通过存在多个充电线圈4，能够对所述电设备的不同定位以下列方式进行反应，即例如活性地使用不同的充电线圈4，以便为所述电设备的蓄电池或者电池进行充电。除了所述多个充电线圈4，还额外地示出了一导体组件22，其中，在图2中分别从上向下延伸的导体具有一开关元件24。在所示出的实施例中，这些开关元件24的其中四个被打开并且其中两个被闭合。以这种方式形成了四角形的导向线圈12，为了获得更好的可视性，一虚线在所述导向线圈的内侧上延伸。可以看出，通过打开或者闭合不同的开关元件24，所述导向线圈12的大小和位置能够改变并且能够例如适配于其他的、活性的充电线圈4。同样也可以考虑以这种方式也能够实现导向线圈12的不同的形状。各个开关元件24在此例如能够是一些机械式连接件或者一半导体连接件，其能够转换到一打开状态和一闭合状态中。
当存在的所述充电线圈中的至少一个构造得能移动，并且这样能够改变所述充电线圈4相对于所述充电站的剩余部分的位置时，能够使用同样带有不同开关元件24的一类似的导体组件22。在这种情况下也可以是有意义的是，打开或者闭合各个开关元件，以便将所述导向线圈12的位置和大小适配于所述充电线圈被改变的位置。对此替代的或者附加的是，所述导向线圈12能够与一设计成能活动的充电线圈4耦合并以这种方式实现了充电线圈4和导向线圈12能够共同被移动。
图3示出了另外一种布置方式，所述布置方式具有三个充电线圈4。所述充电线圈4在图3中示出的实施例中构造成椭圆形。这些充电线圈4中的一个充电线圈横向地定位，另外两个则竖直地定位。通过所述电导线18与所述参考电位20连接的所述导体组件22在所示出的实施例中不具有通过它们能够打开或者关闭所述导体组件22的各个元件的开关元件24。确切地说，所述导体组件22为所有三个充电线圈4形成分别所需的导向线圈12。在此，图3中右侧的环行线和左侧的环行线能够分开地用作用于右侧和左侧竖直布置的充电线圈4的导向线圈12，而对于横向布置的中间的充电线圈4使用了所述导体组件22的外环作为相应的导向线圈12。
图4示出了一类似的布置方式，其中仅仅所述导体组件的外环构造成弯折的，以便这样使功能性和效果最大化并且这样例如减少了导向线圈12的所需匝的数量。
附图标记列表
2构件
4充电线圈
6充电场线
8接收线圈
10基本构件
12导向线圈
14箭头
16导向场线
18电导线
20参考电位
22导体组件
24开关元件

Claims (10)

1.用于电设备的充电站，所述电设备具有至少一个接收线圈(8)，其中，所述充电站具有一用于容纳所述电设备的容纳装置和至少一个充电线圈(4)，其特征在于，所述充电站具有至少一个导向线圈(12)，所述至少一个导向线圈至少部分地布置在所述容纳装置和所述充电线圈(4)之间，从而使得通过第一磁场在所述至少一个导向线圈中感应产生一引起第二磁场的电流，所述第一磁场通过所述充电线圈中的电流流动引起，所述第二磁场与所述第一磁场指向相反。
2.按照权利要求1所述的充电站，其特征在于，所述至少一个导向线圈(12)具有比所述至少一个充电线圈(4)更少的匝。
3.按照权利要求1或2所述的充电站，其特征在于，所述至少一个导向线圈(12)与一参考电位(20)电连接、尤其是接地。
4.按照前述权利要求中任一项所述的充电站，其特征在于，所述至少一个导向线圈(12)的横截面大于所述至少一个充电线圈(4)的横截面。
5.按照前述权利要求中任一项所述的充电站，其特征在于，所述至少一个导向线圈(12)是一尤其在一电路板上的印刷电路。
6.按照权利要求5所述的充电站，其特征在于，所述电路板是天线耦合部的电路板。
7.按照前述权利要求中任一项所述的充电站，其特征在于，所述至少一个导向线圈(12)由至少一种金属性线材制成，所述至少一种金属性线材尤其是由铜、银或者镀银金属制成。
8.按照前述权利要求中任一项所述的充电站，其特征在于，所述至少一个导向线圈(12)具有一矩形的或者圆形的横截面。
9.按照前述权利要求中任一项所述的充电站，其特征在于，所述充电站具有多个充电线圈(4)和多个、尤其是同样多数量的导向线圈(12)。
10.按照前述权利要求中任一项所述的充电站，其特征在于，形成所述至少一个导向线圈(12)的至少一个电导体绕所述至少一个导向线圈(12)的周边弯折地延伸。
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