DE1811778A1

DE1811778A1 - Inductively coupled battery charging arrangement

Info

Publication number: DE1811778A1
Application number: DE19681811778
Authority: DE
Inventors: Taylor Robert Allen; Cramer Wilford Eugene
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1967-12-04
Filing date: 1968-11-29
Publication date: 1969-07-17
Also published as: FR1598282A; GB1180168A; NL6816901A

Description

Induktiv gekoppelte Batterie-Lade anordnung Es gibt viele Arten nur zeitweilig benutzter batteriebetriebener Geräte, für die es wünschenswert ist, die Batterie zu laden, wenn das Gerät nicht in Betrieb ist. Einige Beispiele für diese Geräte sind tragbare Sprechgeräte, Rasierapparate, transportable otlichter, Zahnbürsten und elektrische Werkzeuge und Geräte. Inductively coupled battery charging arrangement There are just many types temporarily used battery-operated devices for which it is desirable to have the Charge the battery when the device is not in use. Some examples of this Devices are portable intercoms, razors, portable emergency lights, toothbrushes and electrical tools and devices.

Eine induktiv gekoppelte Batterie-Ladeanordnung, die gegenüber den Anordnungen mit einem direkten Netzanschluß viele Vorteile besitzt, weist einen Ladeunterteil oder einen Behälter auf, in dem eine Primärwicklung enthalten ist, die um dis untere Ende -eines zylindrischen Magnetkernes herum angeordnet ist. Das Batteriebetriebene Gerät, beispielsweise elne Zahnbürste, ist mit einer Sekundärwicklung versehen, die um eine oeffnung oder eine Vertiefung herum angeordnet ist. Weiterhin ist ein derartiges Gerät so bemessen, daß es über den überstehenden zylindrischen Kern des Unterteiles paßt, so daß der Kern die primären und sekundären Wechselstromwicklungen induktiv miteinander koppelt.An inductively coupled battery charging arrangement that is opposite to the Arrangements with a direct network connection has many advantages, has one Loading base or a container that contains a primary winding, which is arranged around the lower end of a cylindrical magnetic core. That Battery operated device, such as a toothbrush, has a secondary winding provided, which is arranged around an opening or a recess. Farther Such a device is dimensioned so that it over the protruding cylindrical The core of the base fits so that the core holds the primary and secondary AC windings inductively coupled with each other.

Ein Gleichrichter, der mit der Sekundärwicklung und der Batterie in Reihe geschaltet ist, stellt eine Ladung mit richtiger Polarität des pulsierenden gleichgerichteten Stromes- sicher. Obwohl eine derartige Anordnung erfolgreich und vorteilhaft ist, besitzt sie einen begrenzten magnetischen Wirkungsgrad, und die öffnung oder die Vertiefung in den batteriebetriebenen Geräten, die zur Aufnahme des zylindrischen Kernes dienen, würden leicht mit Schmutz verstopft oder zugesetzt werden, wenn das Gerät außer--halb eines Gebäudes benutzt werden würde. Außerdem kann das Gerät nur in einer Richtung, d.h. axial zu dem zylindrischen Kern, auf das Ladegerät aufgesetzt oder von diesem entfernt werden.A rectifier connected to the secondary winding and the battery in Connected in series, represents a charge with correct polarity of the pulsating rectified current safe. Although such an arrangement is successful and is advantageous, it has a limited magnetic efficiency, and the opening or recess in the battery-operated devices that are used to accommodate of the cylindrical core would be easily clogged or clogged with dirt if the device were to be used outside of a building. aside from that the device can only open in one direction, i.e. axially to the cylindrical core the charger can be attached or removed from it.

Die verbesserte Batterie-Ladeanordnung gemäß der Erfindung weist ein Unterteil auf, das einen oder mehrere primäre Teilkerne aus magnetischem Material enthält, die Jeweils mit einer Primärwicklung versehen sind. Die zu ladenden batteriebetriebenen Geräte weisen Jeweils einen sekundären Teilkern aus magnetischem Material auf, der mit einer Sekundärwicklung versehen ist, die über einen Gleichrichter mit der Batterie in dem Gerät verbunden ist. Die Teilkerne sind derart angeordnet, daß sie zusammenwirkend einen vollständigen Kern zur induktiven Kopplung der PrimEr- und Sekundärwicklungen bilden, wenn das Gerät zur Ladung auf den Unterteil aufgesetzt ist. Die Teilkerne sind vorzugsweise C-förmige Halbrechtecke, die einen geschlossenen Rechteckkern bilden, wenn ein, batteriebetriebenes Gerät zur Ladung auf das Ladegerät aufgesetzt ist. Die Teilkerne sind weiterhin vorzugsweise bezüglich der Sitzfläche symmetrisch zentriert, so daß das Gerät zur Ladung zweckinäßigerweise in einer der beiden Richtungen auf dem Unterteil angeordnet werden kann. Die Sitzanordnungen enthalten vorzugsweise Führungsrippen oder -schlitze, so daß das Gerät schnell von oben oder von einer Seite auf den Unterteil aufgesetzt werden kann.The improved battery charging arrangement according to the invention comprises a Lower part on the one or more primary part cores made of magnetic material contains, each provided with a primary winding. The battery-operated ones to be charged Devices each have a secondary partial core made of magnetic material, the is provided with a secondary winding, which is connected to the battery via a rectifier connected in the device. The partial cores are arranged so that they cooperate a complete core for the inductive coupling of the primary and secondary windings when the device is placed on the lower part for charging. The partial cores are preferably C-shaped half-rectangles that have a closed rectangular core form when a battery-operated device is placed on the charger for charging is. The partial cores are also preferably symmetrical with respect to the seat surface centered so that the device can be conveniently charged in a the two directions can be arranged on the lower part. The seating arrangements preferably contain guide ribs or slots so that the device can move quickly from can be placed on top or from one side of the lower part.

Figur 1 ist eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung.FIG. 1 is a side view of a preferred embodiment of FIG the invention.

Figur 2 ist eine Ansicht von oben auf die Aus führungs form nach Figur Figur -3 ist ein Querschnitt entlang der Linie 3-3 in Figur 2.Figure 2 is a top view of the embodiment of Figure FIG. -3 is a cross section taken along line 3-3 in FIG.

Die bevorzugtg,in den Figuren 1 und 2 gezeigte Ausführungsform umfaßt zahlreiche batteriebetriebene Geräte 11, die auf ein Unterteil einer Battere-Ladeeinheit 12 aufsetzbar sind. Diese kann mit zahlreichen Rippen 13 versehen sein, die wiederum Einschnitte 14 bilden, in die das Gerät 11 von oben oder von der Iror Qhug Vorderselte des Unterteiles 12 eingesetzt werden kann.The preferred embodiment shown in Figures 1 and 2 comprises numerous battery-operated devices 11, which are on a lower part of a battery charging unit 12 can be attached. This can be provided with numerous ribs 13, which in turn Form incisions 14 in which the device 11 from above or from the front of the Iror Qhug of the lower part 12 can be used.

Wie in Figur 3 gezeigt ist, weist Jedes Gerät 11 einen C-förmigen halben Rechteckkern 16 aus magnetisch-leitendem Material auf, von dem die offenen Enden in der Weise angeordnet sind, daß sie mit der Unterfläche des Gerätes 11 bündig abschließen. Das Unterteil 12 ist ebenfalls an jedem Einschnitt 14 mit einem ähnlichen halben C-f5rmigen Rechteckkern 17 aus magnetlsch-leltendem Material versehen. Die offenen Enden des Teilkernes 17 sind nach oben gerichtet und schließen mit der Oberfläche des Einschnittes 14 bündig ab. Die Teilkerne 16 und 17 sind in der Weise angeordnet, daß sie zusammen einen vollständigen rechteckigen Magnetkern bilden, wenn das Gerät 11 in einen Einschnitt eingesetzt ist, wie es Figur 3 zeigt. Vorzugsweise sind die Teilkerne 16 und 17 bezüglich der Stellung des Gerätes 11 in den Einschnitten 14 symmetrisch angeordnet, so daß die unabhängig von der Richtung, in der das Gerät 11 in einen Einschnitt 14 orientiert ist, einen geschlossenen rechteckigen Kern bilden. Das bedeutet, das Gerät 11 kann herausgenommen, umgedreht und wieder in einen Einschnitt 14 eingesetzt werden, und die Teilkerne 16 und 17 bilden immer noch einen geschlossenen rechteckigen Kern. Die Teilkerne 16 und 17 brauchen nicht direkt miteinander in Kontakt zu stehen, um einen wirksamen Magnetkreis zu erzeugen. Deshalb können lhrefoffenen Enden durch die Oberflächen des Gerätes 11 bzw. des Unterteiles 12 überdeckt sein, um glatte, nicht unterbrochene Oberflächen zu bilden. Dadurch wird eine leichte Anordnung. der Geräte 11 auf dem Unterteil 12 ermöglicht, und der Eintritt von Schmutz und Feuchtigkeit verhindert.As shown in Figure 3, each device 11 has a C-shaped half rectangular core 16 made of magnetically conductive material, of which the open Ends are arranged in such a way that they are flush with the lower surface of the device 11 to lock. The base 12 is also at each incision 14 with a similar one half a C-shaped rectangular core 17 made of magnetic material. the open ends of the partial core 17 are directed upwards and close to the surface of the incision 14 flush. The partial cores 16 and 17 are arranged in such a way that they together form a complete rectangular magnetic core when the device 11 is inserted into an incision, as FIG. 3 shows. Preferably they are Partial cores 16 and 17 with regard to the position of the device 11 in the incisions 14 symmetrically arranged so that the regardless of the direction in which the device 11 is oriented in a recess 14, a closed rectangular core form. This means that the device 11 can be removed, turned over and put back in again a notch 14 are used, and the partial cores 16 and 17 always form another closed rectangular core. The partial cores 16 and 17 do not need direct to be in contact with each other to create an effective magnetic circuit. That's why can their open ends through the surfaces of the device 11 or the lower part 12 be covered to form smooth, uninterrupted surfaces. Through this becomes a light arrangement. the devices 11 on the lower part 12 allows, and prevents dirt and moisture from entering.

Wie in Figur 3 schematisch gezeigt ist, enthält der primäre Teilkern 17 eine Primärwicklung 18, die über einen Ein-Aus-Schalter 22 mit einem Netzkabel 19' und einem Stecker 21 verbunden ist. Falls es erforderlich ist, kann zur Herabsetzung der Spannung auf einen Wert, der für die Primärwicklung 18 geeignete ist, ein Widerstand 23 in diesen Kreis eingeschaltet sein. Schließlich ist eine Anzeigelampe 24 parallel zu den Netzleitungen geschaltet, wie es in Figur 3 gezeigt ist.As shown schematically in Figure 3, the primary partial core contains 17 a primary winding 18, which has an on-off switch 22 with a power cord 19 'and a plug 21 is connected. If necessary, it can be used to reduce it the voltage to a value suitable for the primary winding 18, a resistance 23 be turned into this circle. Finally, an indicator lamp 24 is in parallel connected to the power lines, as shown in FIG.

Der sekundäre Teilkern 16 ist mit einer Sekundärwicklung 26 versehen, die elektrisch über einen in Reihe geschalteten Gleichrichter 28 und einen Widerstand 29 mit einer von dem Gerät 11 tetra8 genen Batterie 27 verbunden ist. Parallel zu der Batterie 27 liegt eine Zenerdiode 31. Die Batterieklemmen 32 und 33 Bind mit irgendeinem Schaltkreis oder einer anderen elektrischen Anlage (nicht gezeigt) verbunden, die in dem Gerät 11 enthalten ist.The secondary partial core 16 is provided with a secondary winding 26, which are electrically via a series-connected rectifier 28 and a resistor 29 is connected to a battery 27 that is tetra8 genes from the device 11. Parallel to the battery 27 is a Zener diode 31. The battery terminals 32 and 33 bind with connected to any circuit or other electrical system (not shown), which is contained in the device 11.

Diese Anordnung arbeitet nun folgendermaßen: Wenn das GeEt 11 benutzt wird, liefert die Batterie 27 hierfür die elektrische Energie. Die Durchlaßrichtung der Gleichrichterdiode 28 ist so gewählt, daß eine Entladung der Batterie über die relativ kleine Impedanz der Sekundärwicklung 26 verhindert ist. Wenn das Gerät 11 in den Einschnitt 14 eingesetzt oder von der Seite hineingeschoben ist und der Schalter 22 eingeschaltet ist, erzeugt der Strom in der Primärwicklung 18 einen Magnetfluß in dem Rechteckkern, der sich aus den Teilkernen 16 und 17 zusammensetzt. Dadurch wird in der Sekundärwicklung 26 ein Strom induziert. Dieser Sekundärstrom wird durch den Gleichrichter 28 gleichgerichtet, so daß dieser einen 27 pulsierenden Gleichstrom für die Ladung der Batterie71iefert. Der Widerstand 29 filtert zusammen mit der Eigenkapazität der Batterie 27 teilweise den pulsierenden gleichgerichteten Strom oder glättet ihn zur Ladung der Batterie. Obwohl die Zenerdiode 31 nicht in allen Fällen notwendig ist, so ist sie doch für die Regulierung des Spannungswertes wünschenswert, der bei der Ladung an die Batterie 27 angelegt wird. Das heißt, wenn der Kreis einen unterschiedlich hohen gleichgerichteten Strom zieht, unterstützt die Zenerdiode 31 die Bildung einer konstanteren Ladespannung an der Batterie 27.This arrangement now works as follows: If the GeEt uses 11 is, the battery 27 supplies the electrical energy for this. The direction of transmission the rectifier diode 28 is chosen so that a discharge of the battery over the relatively small impedance of the secondary winding 26 is prevented. When the device 11 is inserted into the incision 14 or pushed in from the side and the switch 22 is switched on, the current in the primary winding 18 generates a magnetic flux in the rectangular core, which is composed of the partial cores 16 and 17. Through this a current is induced in the secondary winding 26. This secondary current is through rectified the rectifier 28, so that this a 27 pulsating direct current for charging the battery71. The resistor 29 filters together with the Self-capacity of the battery 27 partly the pulsating rectified current or smooth to charge the battery. Although the zener diode 31 is not necessary in all cases, it is nevertheless necessary for the regulation of the Desired voltage value which is applied to the battery 27 during charging. That is, if the circuit draws a rectified current of different magnitudes, the Zener diode 31 supports the formation of a more constant charging voltage at the Battery 27.

Aus dieser Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung ist zu entnehmen, daß die genannten Aufgaben der Erfindung erfüllt worden sind. Es wurde eine induktiv gekoppelte Ladeanordnung geschaffen, wobei die zu ladenden Geräte schnell und einfach auf die Ladeeinheit aufgesetzt oder wieder abgenommen werden können. Diese schnelle und einfache Wirkungsweise wird durch die bündig abschließende Anordnung der magnetischen Teilkerne 16 und 17 und des Einschnittes 14 erzielt, der mit oeffnungen von oben und von der Seite versehen ist, so daß das Gerät 11 schnell und einfach in den Einschnitt 14 einsetzbar ist. Es wird weiterhin für eine vielseitige Verwendbarkeit gesorgt, da die Ladeeinheit 12 auf einen Tisch gesetzt oder auf einem Gestell oder an der Wand befe-* stigt werden kann. Wenn das Gerät 11 dann auf die Ladeeinheit 12 gesetzt wird, braucht keine Zeit durch die Betrachtung verloren zu werden, welche Seite nach hinten gerichtet sein muß, da das Gerät 11 in jeder der zwei möglichen Richtungen in dem Einschnitt angeordnet werden kann und es wird eine gute Ladung erhalten. Deshalb sollte das Gerät 11 vorzugsweise eine im allgemeinen rechteckige Form besitzen. Die magnetische Kopplung ist ausreichend, obwohl die Teilkerne nicht einmal an ihren Oberflächen des batteriebetriebenen Gerätes und des Ladeteiles freizuliegen brauchen.From this description of a preferred embodiment according to FIG Invention it can be seen that the stated objects of the invention have been achieved are. An inductively coupled charging arrangement was created, with those to be charged Devices can be quickly and easily attached to or removed from the charging unit can be. This quick and easy mode of action is made possible by the flush Arrangement of the magnetic core cores 16 and 17 and the incision 14 achieved, which is provided with openings from above and from the side, so that the device 11 can be inserted quickly and easily into the incision 14. It will continue for one Versatility ensured, as the loading unit 12 is placed on a table or can be attached to a frame or to the wall. When the device 11 is then placed on the loading unit 12 does not take time to look to be lost which side must be facing back, since the device 11 can be arranged in either of two possible directions in the incision and it will receive a good charge. Therefore the device 11 should preferably are generally rectangular in shape. The magnetic coupling is sufficient although the partial cores are not even on their surfaces of the battery-operated device and the charging part need to be exposed.

Darüberhinaus können das Gerät 11 und das Unterteil aus einem nichtmagnetischen Metall, wie z. B. Aluminium, hergestellt werden, falls dieses für die Festigkeit oder eine Ilochfrequenzabschirmung wünschenswert ist.In addition, the device 11 and the lower part can consist of a non-magnetic Metal, such as B. aluminum, if this is necessary for strength or I-hole frequency shielding is desirable.

Claims

Expectations

lT Inductively coupled battery charging arrangement with a charging unit for , Inclusion of one or more battery-operated devices in which a rechargeable The battery is included, but at least one is shown primary partial core (17) carried by the charging part (12) and with a primary winding (18) is provided, a secondary partial core (16) contained in each device (11) and is provided with a secondary winding (26), the primary and secondary Partial cores (16, 17) for inductive coupling of the primary and secondary windings can be assembled into a complete core, further by means (19, 21, 22, 23) for one power supply to the primary winding (18) and one in each device (11) arranged rectifier circuit (28, 31) for charging the battery (27) of a device (11) by the current induced in its secondary winding (26).

2. Loading arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the primary and secondary cores (16,17) are essentially C-shaped are, and that by their arrangement a practically closed, magnetically conductive Loop is formed when the devices (11) are in their loading position on the lower part (12) are.

/ or 3. Charging arrangement according to claims 1 and / 2, d a d u r c h it is noted that the open ends of the partial cores (16, 17) on or arranged in the vicinity of the surfaces of the lower part (12) or of the device (11) with these surfaces for a sealed insertion of the devices on the base are smooth and uninterrupted.

4. Loading arrangement according to claim 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the open ends of the partial cores (16, 17) are in the vicinity of the surfaces of the device (11) or the lower part (12), but through these surfaces are covered, so that the entry of dirt and moisture is prevented.

5. Loading arrangement according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that at least one of the devices (11) and the lower part (12) for high-frequency shielding is provided with a jacket made of non-magnetic metal.

6. Loading arrangement according to one or more of claims 1 to 5, d It is also noted that each device (11) on the lower part (12) is supported by a seat arrangement (13, 14) in which the partial cores (16, 17) are symmetrically centered with respect to the seat arrangement (13, 14), so that the Device (11) can be placed on the lower part (12) for charging in either of the two directions is.

7. Loading arrangement according to claim 6, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the seat arrangement has an incision open at the top and on the side (13) (14) includes, so that the device (11) from above or from one side in the loading position is insertable.

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