DE102007054341A1

DE102007054341A1 - Batterieladegerät

Info

Publication number: DE102007054341A1
Application number: DE102007054341A
Authority: DE
Inventors: Reza Ahmadian Richmond Yazdi; Kenny Vancouver Che
Original assignee: VTech Telecommunications Ltd
Current assignee: VTech Telecommunications Ltd
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2007-11-14
Publication date: 2008-08-07
Also published as: US20080150482A1; CA2615309A1; US7801573B2

Abstract

Ein Ladegerät zur Aufladung einer Batterie einer tragbaren elektrischen Einrichtung umfasst eine elektromagnetische Einheit, die innerhalb des Ladegeräts nahe bei einem Metallstück des schnurlosen Handgeräts angeordnet ist, wenn das schnurlose Handgerät in einem Aufnahmeabschnitt des Ladegeräts platziert ist. Die magnetische Einheit erzeugt ein magnetisches Feld, wenn die Ladekontakte des Ladegeräts und die Kontakte des schnurlosen Handgeräts in Kontakt sind und ein Ladestrom von der Ladeschaltung zu dem Ladegerät fließt. Das magnetische Feld zieht das Metallstück des schnurlosen Handgeräts an und hält das schnurlose Handgerät in dem Aufnahmeabschnitt sicher fest, während die Ladeschaltung die Batterie des schnurlosen Handgeräts auflöst.

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Ladegerät für eine Batterie eines schnurlosen Handgeräts.
Wie im Stand der Technik bekannt ist, stammt der elektrische Strom, der von schnurlosen Handgeräten verwendet wird, von nachladbaren Batterien, die darin angeordnet sind. Da die Menge an Elektrizität, die von den aufladbaren Batterien geliefert wird, begrenzt ist, müssen die nachladbaren Batterien nach einer Verwendung während einer gewissen Zeitdauer aufgeladen werden. Herkömmlicherweise wird ein schnurloses Handgerät 10 beim Aufladen in einem Ladegerät 20 plaziert, wie es in 1 gezeigt ist. Typischerweise umfasst das Gerät 20 zwei Kontakte 21, um einen elektrischen Kontakt mit zwei Ladekontakten 11 des schnurlosen Handgeräts herzustellen. Es ist wichtig, sicherzustellen, dass die Ladekontakte des Handgerätes jederzeit einen ordnungsgemäßen Kontakt mit dem Kontakten des Ladegerätes hat, weil ansonsten die Batterie nicht ordnungsgemäß aufgeladen wird. Auch sollte das Handgerät in dem Ladegerät so befestigt und angeordnet sein, dass es nicht leicht aus dem Ladegerät herausfällt. Beispielsweise sollte das Handgerät ausreichend gesichert sein, so dass Vibrationen, die als Klingelanzeichen verwendet werden, das Handgerät nicht aus dem Ladegerät heraus schütteln.
Um die oben erwähnten Erfordernisse zu erfüllen, ist das mechanische Design des Handgerätes sehr wichtig und kann nicht unterschätzt werden. Das Design ist jedoch durch das industrielle Design des Handgerätes und des Ladegerätes begrenzt. Mit den neuen, schlanken Designs für Handgeräte und schnurlose Telefone wird das Design eines sehr stabilen Handgerätes und eines Ladegerätes eine Herausforderung, und diese kann die Umsetzung des neuen Designs einschränken.
Ein anderes Problem, das den schnurlosen Telefonen gemeinsam ist, besteht darin, dass das Ladegerät in einer solchen Weise ausgelegt ist, dass es das Handgerät sicher an seinem Platz hält. Solch ein Design vermindert jedoch die Ventilation der Luft um den Batteriebereich herum und bewirkt, dass die Batterie und das Handgerät sich beim Aufladen erwärmen und in einigen Fällen sogar zu heiß werden. Um dieses Problem zu lösen, umgibt das Ladegerät in einigen Designs das Handgerät nicht vollständig oder einige mechanische Lösungen (beispielsweise Clips) werden verwendet, um das Handgerät in dem Ladegerät zu sichern. Diese Verfahren sind jedoch komplizierter und haben andere Einschränkungen.
Folglich wäre es erwünscht, ein Ladegerät zur Verfügung zu haben, das das Handgerät sichern kann und das verhindern kann, dass das Handgerät während der Aufladung heiß wird, ohne das industrielle Design zu ändern.
Im Zusammenhang damit ist das erfindungsgemäße Ladegerät in der Weise ausgebildet, wie in den unabhängigen Ansprüchen beansprucht ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen charakterisiert.
Gewisse Ausführungsbeispiele der Erfindung liefern ein Ladegerät zum Laden einer Batterie eines schnurlosen Handgerätes, das das schnurlose Handgerät sicher hält, während das schnurlose Handgerät aufgeladen wird, ohne dass das industrielle Design des Ladegeräts geändert werden muss.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 ein schematisches Diagramm, das ein Ladegerät nach dem Stand der Technik zum Halten eines schnurlosen Telefons zeigt;
2 eine schematische Darstellung, die ein Ladegerät zum Halten eines schnurlosen Telefons gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ein anderes Ausführungsbeispiel des Ladegeräts gemäß der vorliegenden Erfindung; und
4 ein anderes Ausführungsbeispiel des Ladegeräts gemäß der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung liefern eine sichere Art und Weise um ein schnurloses Handgerät auf einem Ladegerät während der Aufladung zu halten. Nach der vorliegenden Erfindung wird durch einen Ladestrom ein Magnetfeld erzeugt, das einen Metallteil eines schnurlosen Handgeräts anzieht, um das schnurlose Handgerät an seinem Platz zu halten.
Ein Ausführungsbeispiel eines Ladegerätes zum Halten eines schnurlosen Handgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 2 gezeigt. In dieser Figur sind vergleichbare E lemente, die in 1 gezeigt sind, mit ähnlichen Bezugsziffern bezeichnet. Wie dargestellt ist, umfasst das Ladegerät 20 einen Aufnahmeteil zum Aufnehmen eines schnurlosen Handgeräts 10, das Ladekontakte 21 darin enthält, um einen Kontakt mit Ladekontakten 11 des schnurlosen Handgeräts 10 herzustellen. Das Ladegerät 20 enthält eine elektromagnetische Spuleneinheit, die eine Ferritkern 22 umfasst, der mit Spulenwindungen 23 umgeben ist, und eine Ladeschaltung 24. Das schnurlose Handgerät 10 ist ein herkömmliches Gerät, das eine Batterie 13 und einen Metallteil 12 am Boden davon in der Nähe der Ladekontakte 11 aufweist.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung fliest, sobald das Handgerät 10 Kontakt mit dem Ladegerät 20 macht, ein Strom durch die elektromagnetische Solenoideinheit, der ein Magnetfeld erzeugt, um das Metallstück 12 des schnurlosen Handgeräts 10 in das Ladegerät 20 hinein anzuziehen. Die Anziehung des schnurlosen Handgeräts 10 kann das schnurlose Handgerät 10 während des Ladevorganges sicher in dem Ladegerät 20 halten. Um das schnurlose Handgerät zu entfernen, muss der Benutzer nur genügend Kraft aufwenden, um das schnurlose Handgerät 10 abzunehmen. Sobald einer der Ladekontakte getrennt ist, verliert die elektromagnetische Einheit ihr Magnetfeld, so dass das schnurlose Handgerät 10 leicht entfernt werden kann.
Das mechanische und elektrische Design der elektromagnetischen Einheit ist einfach, und das von der elektromagnetischen Solenoideinheit erzeugte Magnetfeld ist in Abhängigkeit von Faktoren, beispielsweise dem Ladestrom und der Anzahl der Windungen um den Ferritkern und das Kernmaterial, einstellbar. Daher erfordern die Ausführungsbeispiele der Erfindungen keinen extra Strom. Die Erfindung nutzt in vorteilhafter Weise den Ladestromfluss von der Ladeschaltung 24 zu dem schnurlosen Handgerät 10, der zum Laden der Batterie 13 des schnurlosen Handgeräts 10 verwendet wird, aus, um das Magnetfeld zu erzeugen, um das schnurlose Handgerät 10 an seinem Platz zu halten. Wenn das schnurlose Handgerät 10 nicht in dem Ladegerät 20 platziert ist, wird das Magnetfeld automatisch umgeschaltet.
Das Design der Erfindung verbessert auch die Wärmeableitung. Da die Erfindung das Magnetfeld verwendet, um das schnurlose Handgerät 10 zu sichern, ist es nicht notwendig, dass das Ladegerät 20 das schnurlose Handgerät 10 vollständig umgibt, wodurch die während der Aufleitung erzeugte Wärme leicht abgeführt werden kann.
Die elektromagnetische Solenoideinheit, die in dem Ladegerät 20 verwendet wird, umfasst einen elektrischen Leiter 23, der N-mal um einen magnetischen Körper, beispielsweise einen Ferritkern 22, gewickelt ist. In solch einer Einheit wird ein Magnetfeld immer dann erzeugt, wenn ein Strom an den Leiter 23 geliefert wird, soweit der Strom in einer geschlossenen Schleife fließt. Da ein Magnetfeld vorhanden ist, wird eine mechanische Kraft induziert, und diese kann ein anderes magnetisches Material in einer linearen Bewegung anziehen oder abstoßen.
Es gibt zwei Arten, um die Kraft des Magneten zu berechnen: eine davon hängt von dem Magnetfeld der Einheit ab, und die andere verwendet ein Energie-Balance-Verfahren. Um zu bestimmen, welches Verfahren verwendet werden sollte, ist es erforderlich, den Weg des Magnetflusses zu kennen. Der Magnetfluss fließt immer in einem geschlossenen Kreis in einem Kern oder über Luftspalte. Beispielsweise kann der Magnetfluss von Nord zu Südpolen in einem Solenoidsystem verlaufen, das keinen Kern hat. Ein Kern wird jedoch gewöhnlich in den meisten Systemen bevorzugt, da er den Magnetfluss konzentriert und die Magnetkraft erhöht, indem er den Luftspalt oder den Luftabstand zwischen den Polen reduziert. In solch einer Weise wird die Magnetkraft durch die Stärke des Magnetfeldes bestimmt. In Systemen, wo der Kern eine kompliziertere Form hat und der Luftspalt klein ist, sollte die Energiemethode verwendet werden.
Der magnetische Fluss (B_x), der von der elektromagnetischen Solenoideinheit erzeugt wird, kann wie folgt berechnet werden:
Für einen rechteckigen Kern gilt:
wobei

Bx: = resultierender Fluss zwischen der elektromagnetischen Solenoideinheit und Stahl [Tesla]
B: = Magnetische Flussdichte der elektromagnetischen Solenoideinheit [Tesla]
d: = Abstand zwischen der elektromagnetischen Solenoideinheit und dem Stahl [m]
2t: = Höhe oder Dicke des Kerns [m]
2l: = Länge des Kerns [m]
2w: = Breite des Kerns [m]

μ0 = 4π·10–7: = Permeabilität des Mediums [H/m]
k: = Relative Permeabilität [dimensionslos]
n = Nl = Wicklungsdichte: = Zahl der Windungen pro Meter [Windungen/m]
I: = Strom [Amp]

Für einen zylindrischen Kern kann Der Magnetische Fluss B_x ausgedrückt werden als:

Bx: = Resultierender Fluss zwischen der elektromagnetischen Solenoideinheit und dem Stahl [Tesla]
B: = MagnetFlussdichte der elektromagnetischen Solenoideinheit Haltenausgleichung (2) [Tesla]
d: = Abstand zwischen der elektromagnetischen Solenoideinheit und dem Stahl [mm]
l: = Länge des Kerns [mm]
r: = Radius des Kerns [mm]

Nachdem B_x bestimmt ist, kann die mechanische Kraft aus dem folgenden Ausdruck erhalten werden:
wobei

F: = Kraft [Pfund]
Bx: = Resultierender Fluss berechnet unter Verwendung der obigen Gleichungen [Gauss] (x10^–4 Tesla)
A: = Fläche der Pole [Inch²]

In den obigen Gleichungen (1) bis (4) sind die Anzahl der Wicklungen, der angelegte Strom, die Länge, das Material und die Geometrie des Kerns, der Abstand zwischen dem Kern und dem Objekt die interessierenden Variablen in der elektromagnetischen Einheit. Eine Änderung in jeder dieser Variablen kann auch zu einer Erhöhung oder einer Verminderung in der magnetischen Kraft führen. Die Variablen in dem magnetischen Feld des Solenoids und die Kraftgleichungen sind die Designparameter des Systems, und das Verhältnis zwischen der Kraft und den Variablen wird so bestimmt, dass das Design optimiert wird.
Nach den Gleichungen (1)–(4) können die Beziehungen zwischen der Kraft und den Variablen wie folgt ausgedrückt werden: F ∝ I2
Die Kraft ist proportional zu dem Quadrat des Stroms, so dass durch Verdopplung des Stroms die Kraft sich um das Vierfache erhöht. F ∝ N2
Die Kraft ist proportional zu dem Quadrat der Anzahl der Windungen, was ähnlich zu der Beziehung zwischen der Kraft und dem Strom ist. F ∝ 1d
Die Kraft ist proportional zu dem Kehrwert der Distanz zwischen dem Kern und dem Ferritobjekt. Daher muss, wenn man die Kraft verdoppeln will, der Kern näher zu dem Ferritobjekt hin bewegt werden. F ∝ 1l
Die Kraft ist umgekehrt proportional zu der Länge des Kerns. Wenn man die Kraft verdoppeln will, muss die Länge um die Hälfte verkürzt werden. F ∝ A
Die Kraft verhält sich linear mit dem Oberflächenbereich des Kerns. Daher fordert die Verdopplung der Kraft eine Verdopplung des Oberflächenbereichs.
Unter Verwendung der vorstehenden Beziehungen kann man grob eine minimale, magnetische Kraft annäherungsweise angeben, die erforderlich ist, um ein drahtloses Handgerät während der Aufladung an seinem Platz zu halten, wenn ein vorgegebener Satz von Parametern bekannt ist.

Gemäß der Erfindung wird abgeschätzt, dass eine Anziehungskraft von 50 Gramm ausreichend ist, um eine Tastempfindung bereitzustellen, wenn das schnurlose Handgerät 10 in dem Ladegerät 20 platziert wird, und um die Wahrscheinlichkeit zu reduzieren, dass das schnurlose Handgerät 10 herunterkippt, wenn es auf dem Ladegerät 20 ruht. Unter Verwendung der folgenden Designparameter hat sich die gemessene Kraft als eine Kraft von 76 Gramm herausgestellt. Dieses Resultat bewirkt, dass das schnurlose Handgerät 10 sicher in dem Ladegerät 20 gehalten wird.

Zahl der Windungen	700
Strom	500 mA
Trennabstand	0,70 mm
Geometrie des Kerns	Durchmesser = 0,375 Inch Länge = 1,5 Inch
Material des Kerns	1018 Stahl mit niedrigem Karbongehalt
Relative Permeabilität	2000 Maximum

Die 3 und 4 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele des Ladegerätes 20 entsprechend der vorliegenden Erfindung. In 3 umfasst das Gerät Permanentmagnete 25, die jeweils durch einen Ladekontakt- und Magnet-Kombinationshalter 21a gehalten werden, der mit dem Ladestromkreis 24 über einen Draht 26 verbunden ist. Die Permanentmagnete können verwendet werden, um das elektromagnetische Ausführungsbeispiel von 2 (oder 4) aufzubessern, oder sie können separat für diese Ausführungsbeispiele verwendet werden. 4 zeigt, dass eine Schaltung für die Spule 27 separat von der Ladeschaltung 24 vorgesehen ist. Durch Verwendung einer zusätzlichen Schaltung hat der Spulenstrom mehr Flexibilität und ist unabhängig von dem Ladestrom, der gewöhnlich in dem Bereich von 100–300 mA ist. Daher kann der Strom für die Spule 26 über den Ladestrom hinausgehen, was zu einer signifikanten Erhöhung in der mechanischen Kraft führt.
Die vorstehende Offenbarung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung wurde nur zum Zwecke der Erläuterung und der Beschreibung gegeben. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die speziell gezeigten Formen einschränken. Viele Variationen und Modifikationen der Ausführungsbeispiele die hier beschrieben wurden, sind für einen Durchschnittsfachmann im Hinblick auf die vorstehende Offenbarung offensichtlich. Der Schutzumfang der Erfindung soll nur durch die beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente definiert sein.

Claims

Ladegerät umfassend: einen Aufnahmeabschnitt, um ein schnurloses Handgerät darin aufzunehmen und zu halten, wobei der Aufnahmeabschnitt einen elektrischen Kontakt zur Herstellung eines Kontaktes mit einem Ladekontakt des schnurlosen Handgeräts aufweist; und eine Ladeschaltung, um einen Ladestrom an das schnurlose Handgerät durch den Kontakt des elektrischen Kontakts des Aufnahmeabschnittes und des Ladekontaktes des schnurlosen Handgerätes zu verwirklichen; dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeabschnitt eine Halteeinrichtung aufweist, die ein Magnetfeld erzeugt, wenn der elektrische Kontakt des Aufnahmeabschnitts und der Ladekontakt des schnurlosen Handgeräts miteinander in Kontakt treten, um das schnurlose Handgerät sicher in den Aufnahmeabschnitt anzuziehen.
Ladegerät nach Anspruch 1, worin die Halteeinrichtung einen Ferritkern und Wicklungen aufweist, die den Ferritkern umgeben, wobei ein magnetisches Feld erzeugt wird, wenn ein Ladestrom, der von der Ladeschaltung kommt, durch diese hindurch fließt.
Ladegerät nach Anspruch 1, worin das schnurlose Handgerät ein Metallstück nahe bei dem Ladekontakt aufweist, das durch die Halteeinrichtung angezogen wird, wenn das magnetische Feld erzeugt wird.
Ladegerät nach Anspruch 3, worin die Halteeinrichtung einen Permanentmagneten aufweist, um das schnurlose Handgerät in den Aufnahmeabschnitt hinein und anzuziehen.
Ladegerät nach Anspruch 4, worin ein Permanentmagnethalter mit der Ladeschaltung durch Drähte verbunden ist.
Ladegerät nach Anspruch 1, worin eine Schaltung für die Halteeinrichtung separat von der Ladeschaltung vorgesehen ist.
Ladegerät nach Anspruch 6, worin ein Strom, der durch die Halteeinrichtung fließt, unabhängig von dem Ladestrom ist, der von der Ladeschaltung geliefert wird.
Ladegerät nach Anspruch 1, worin eine Schaltung für die Halteeinrichtung seriell mit der Ladeschaltung verbunden ist.
Ladegerät nach Anspruch 2, worin das magnetische Feld durch den Ladestrom und/oder die Anzahl der Windungen und/oder den Abstand des Ferritkerns und der Spulenwindungen und/oder die Länge des Ferritkerns und/oder einen Oberflächenbereich des Ferritkerns bestimmt ist.
Ladegerät zum Laden einer Batterie eines schnurlosen Handgeräts umfassend: einen Aufnahmeabschnitt zum Aufnehmen eines schnurlosen Handgeräts, wobei der Aufnahmeabschnitt einen elektrischen Kontakt umfasst, wobei der elektrische Kontakt an einer Position entsprechend einem Ladekontakt des schnurlosen Handgeräts angeordnet ist, so dass der elektrische Kontakt des Aufnahmeabschnitts mit dem Ladekontakt des schnurlosen Handgeräts in Kontakt kommt; eine Ladeschaltung zum Liefern eines Ladestroms, um die Batterie des schnurlosen Handgeräts aufzuladen, wenn der elektrische Kontakt des Aufnahmeabschnitts sich in Kontakt mit dem Ladekontakt des schnurlosen Handgeräts befindet; gekennzeichnet durch eine elektromagnetische Einheit nahe bei dem Aufnahmeabschnitt, die ein magnetisches Feld erzeugt, wenn der elektrische Kontakt des Aufnahmeabschnitts und der Ladekontakt des schnurlosen Handgeräts einander berühren und ein Ladestrom durch die elektromagnetische Einheit fließt, der ein magnetisches Feld zur Folge hat, das ein Metallstück des schnurlosen Handgerätes in den Aufnahmeabschnitt zieht.
Ladegerät nach Anspruch 10, worin das Metallstück des schnurlosen Handgeräts an einer Position entsprechend der elektromagnetischen Einheit angeordnet ist, wenn das schnurlose Handgerät in dem Aufnahmeabschnitt plaziert ist.
Ladegerät nach Anspruch 10, worin die elektromagnetische Einheit einen Ferritkern und Wicklungen aufweist, die den Ferritkern umgeben, wobei ein magnetisches Feld erzeugt wird, wenn ein Ladestrom, der von der Ladeschaltung kommt, durch diese hindurch fließt.
Ladegerät nach Anspruch 12, worin das magnetische Feld durch den Ladestrom und/oder die Anzahl der Windungen und/oder den Abstand des Ferritkerns und der Windungen und/oder die Länge des Ferritkerns und/oder den Oberflächenbereich des Ferritkerns bestimmt wird.
Ladegerät nach Anspruch 10, worin die elektromagnetische Einheit einen Permanentmagneten umfasst, um das Metallstück des schnurlosen Handgeräts in den Aufnahmeabschnitt hinein anzuziehen.
Ladegerät nach Anspruch 14, worin ein Permanentmagnethalter mit der Ladeschaltung durch Drähte verbunden ist.
Ladegerät nach Anspruch 10, worin eine Schaltung für die elektromagnetische Einheit separat von der Ladeschaltung vorgesehen ist.
Ladegerät nach Anspruch 16, worin ein Ladestrom durch die elektromagnetische Einheit unabhängig von dem Ladestrom ist, der von der Ladeschaltung geliefert wird.
Ladegerät nach Anspruch 10, worin eine Schaltung für die elektromagnetische Einheit seriell mit der Ladeschaltung verbunden ist.
Ladegerät zum Laden einer Batterie eines schnurlosen Handgeräts umfassend: einen Aufnahmeabschnitt zum Aufnehmen des schnurlosen Handgeräts, wobei der Aufnahmeabschnitt einen elektrischen Kontakt aufweist, wobei der elektrische Kontakt an einer Position entsprechend einem Ladekontakt des schnurlosen Handgeräts angeordnet ist, so dass der elektrische Kontakt des Aufnahmeabschnitts mit dem Ladekontakt des schnurlosen Handgeräts in Kontakt kommt; eine Ladeschaltung zur Lieferung eines Ladestroms, um die Batterie des schnurlosen Handgeräts aufzuladen, wenn der elektrische Kontakt des Aufnahmeabschnitts in Kontakt mit dem Ladekontakt des schnurlosen Handgeräts kommt; gekennzeichnet durch einen Permanentmagneten nahe bei dem Aufnahmeabschnitt, der ein magnetisches Feld erzeugt, das den Aufnahmeabschnitt und den Ladekontakt des schnurlosen Handgeräts zueinander anzieht.
Ladegerät nach Anspruch 18, worin der Permanentmagnet in einem Magnethalter angeordnet ist, der mit der Ladeschaltung über Drähte verbunden ist.