CN107005071B - 用于感应充电的充电站、感应充电***和方法 - Google Patents

Abstract

用于感应充电的充电站、感应充电***和方法。本发明涉及一种用于对具有可再充电电池(52)和接收感应线圈(54)的电子装置(50)感应充电的充电站(10)。该充电站包括：壳体(12)，其包括多个面板(16)，所述多个面板形成被设置为容纳电子装置(50)的内部容积(20)；多个初级发送感应线圈(14)；以及控制器(18)，其被设置为利用充电电流激励所述多个初级发送感应线圈(14)；其中，所述多个初级发送感应线圈(14)中的每一个被设置在壳体(12)的独立的面板(16)处。

Description

用于感应充电的充电站、感应充电***和方法

技术领域

本发明涉及用于对具有可再充电电池和接收感应线圈的电子装置感应充电的充电站。

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年12月18日提交的美国专利申请No.14/575,504的优先权，其完整公开通过引用并入本文。

背景技术

感应充电(也称作“无线充电”)使用电磁场来在两个对象之间传递能量。这通常利用充电站进行。通过与电子装置(通常为便携式装置)的感应耦合来发送能量，然后电子装置可使用该能量来对电池进行充电(或者运行装置)。

感应充电使用发送感应线圈以从充电站创建电磁场，电子装置中的接收感应线圈从电磁场取得功率(power)并将它转换回电流以对电池进行充电。邻近的两个感应线圈组合以形成电力变压器。

诸如电话和配件(智能手环、手表、助听器、小喇叭等)的电子装置的感应充电是新兴技术，如今存在3种标准，即，A4WP、Powermat和Qi。

所有标准共同的是它们使用通过扁平或传统线圈生成的电磁场传输，然后在安装有可再充电电池的装置中通过相似的扁平线圈接收电磁场。这些***的发送线圈和接收线圈需要对准以使得所发送的电磁场被接收线圈拾取，并且对于这样的两个扁平线圈，这意味着接收线圈需要被放在顶部并且平行于发送线圈以便于最大能量传递。如果接收线圈例如垂直于发送线圈放置，则无法传递能量。实际上，已证明对于25cm2尺寸的线圈面积，A4WP谐振***可允许线圈之间最大至5cm的距离，以便于有效的功率传递。当发送线圈水平取向时垂直地转动接收方线圈切断充电，因为在这种情况下无法拾取磁通量。

因此，对于感应充电而言接收线圈和发送线圈的对准很重要。然而，这种对准可能难以实现。

发明内容

鉴于上文，本发明的目的在于提供一种方便对准接收线圈和发送线圈的充电站、***和方法。

根据第一方面，上述目的通过一种用于对具有可再充电电池和接收感应线圈的电子装置的感应充电的充电站来实现。该充电站包括：壳体，其包括多个面板，所述多个面板形成被设置为容纳(host)电子装置的内部容积(volume)；多个初级发送感应线圈；以及控制器，其被设置为利用充电电流激励所述多个初级发送感应线圈；其中，所述多个初级发送感应线圈中的每一个被设置在壳体的独立的面板处。

多个初级发送感应线圈在被充电电流激励时将在不同的方向上呈现磁通量。因此，在壳体内随机地取向的电子装置的接收感应线圈将拾取从至少一个初级发送感应线圈生成的足够的通量。充电站可用于同时对多个电子装置的可再充电电池进行充电。多个电子装置中的每一个可拾取从不同的初级发送感应线圈生成的足够的通量。

控制器可被设置为利用充电电流顺序地激励所述多个初级发送感应线圈。

所述多个面板可正交地取向。

所述多个初级发送感应线圈的数量可为三。

该充电站还可包括附加发送感应线圈，其中，所述附加发送感应线圈被设置在壳体的与初级发送感应线圈中的一个相反侧的面板处。

该充电站还可包括多个附加发送感应线圈，其中，所述多个附加发送感应线圈中的每一个被设置在壳体的与初级发送感应线圈中的一个相反侧的面板处。

控制器可被设置为利用充电电流同时激励初级发送感应线圈和与该初级发送感应线圈相反的附加发送感应线圈。

该充电站还可包括无线通***，该无线通***被设置为从电子装置接收信息，该信息包括与发送的充电功率有关的数据，其中，控制器被设置为基于来自电子装置的所述信息限制或提高充电电流。

该充电站还可包括无线通***，该无线通***被设置为从电子装置接收信息，该信息包括与发送的充电功率有关的数据，其中，控制器被设置为基于来自电子装置的所述信息利用充电电流激励所述多个初级发送感应线圈的子集。

该充电站还可包括无线通***，该无线通***被设置为从电子装置接收信息，该信息包括与发送的充电功率有关的数据，其中，控制器被设置为基于来自电子装置的所述信息利用充电电流激励所述多个初级发送感应线圈中的一个。

控制器可被设置为检测所述多个初级发送感应线圈当中最好地向电子装置的接收感应线圈发送充电功率的初级发送感应线圈。

根据第二方面，上述目的通过一种感应充电***来实现。该感应充电***包括电子装置，该电子装置包括：可再充电电池；和接收感应线圈。感应充电***还包括充电站，该充电站包括：壳体，其包括多个面板，所述多个面板形成被设置为容纳电子装置的内部容积；多个初级发送感应线圈；以及控制器，其被设置为利用充电电流激励所述多个初级发送感应线圈。其中，所述多个初级发送感应线圈中的每一个被设置在壳体的独立的面板处。

该电子装置还可包括无线通信发送器，该无线通信发送器被设置为发送包括与充电传输功率有关的数据的信息，并且其中，充电站还包括无线通***，该无线通***被设置为接收从电子装置发送来的所述信息。

当适用时，充电站的上述特征也应用于此第二方面。为了避免过度重复，参考上文。

根据第三方面，上述目的通过一种对包括可再充电电池和接收感应线圈的电子装置进行充电的方法来实现，该方法包括以下步骤：从电子装置的多个侧面顺序地使电子装置经受感应磁场。

当适用时，充电站和充电***的上述特征也应用于此第三方面。为了避免过度重复，参考上文。

本发明的进一步的适用范围将从下文给出的详细描述而变得显而易见。然而，应该理解，仅示意性地在指示本发明的优选实施方式的同时给出详细描述和具体示例，因为对于本领域技术人员而言，通过该详细描述，在本发明的范围内的各种改变和修改将变得显而易见。

因此，将理解，本发明不限于所描述的装置的特定组成部件，或者作为这种装置和方法描述的方法步骤可变化。还将理解，本文所使用的术语仅是为了描述特定实施方式，并非旨在限制。必须指出的是，如在说明书和所附权利要求书中所用，除非上下文清楚地另外指示，否则冠词和“所述”旨在意指存在一个或更多个元件。因此，例如，提及“单元”或“所述单元”可包括多个装置等。另外，词语“包括”、“包含”以及相似的措辞不排除其它元件或步骤。

附图说明

[图1]图1是充电站和电子装置的示意图。

[图2]图2是充电站的壳体的实施方式的示意图。

[图3]图3是对电子装置进行充电的方法的框图。

具体实施方式

现在将参照示出本发明的实施方式的附图来更详细地描述本发明的以上和其它方面。附图不应被理解为将本发明限于特定实施方式；相反，它们用于说明和理解本发明。

如图中所示，为了例示性目的，层和区域的尺寸被夸大，因此，提供所述尺寸以例示本发明的实施方式的一般结构。相似的标号始终指代相似的元件。

现在将在下文参照示出本发明的目前优选的实施方式的附图来更充分地描述本发明。然而，本发明可按照许多不同的形式来具体实现，不应被解释为限于本文所阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式是为了彻底和完整，并且向本领域技术人员充分传达本发明的范围。

图1示出具有可再充电电池52和接收感应线圈54的电子装置50以及用于电子装置50的感应充电的充电站10。充电站包括壳体12、多个初级发送感应线圈14和控制器16。

壳体12包括形成内部容积20的多个面板18，所述内部容积20被设置为容纳电子装置50。如图1所示的实施方式中，面板18可被正交地取向。然而，根据其它实施方式，面板18可按照在135°-225°之间的角间距来取向。如图1所示的实施方式中，面板18可以是一起形成盒的平坦的正方形面板。因此，壳体12可为盒形。然而，其它形式的面板也可用于形成壳体12。例如，面板可为拱形的，并且一起形成碗形壳体。壳体12具有开口22，装置可通过该开口22进入内部容积20中。壳体可包括用于关闭/打开开口22的盖(未示出)。

多个初级发送感应线圈14中的每一个被设置在壳体12的独立的面板16处。因此，充电站10包括多个空间内取向的初级发送感应线圈14。然后，例如，充电站10可包括多个空间内正交取向的初级发送感应线圈14。在图1所示的实施方式中，三个初级发送感应线圈14被设置在壳体12的相应独立的面板16处。一个初级发送感应线圈14在下面板16上，两个初级发送感应线圈14在正交取向的侧面板16上。

控制器18被设置为利用来自充电电流源24的充电电流激励多个初级发送感应线圈14。充电电流可为AC电流。利用充电电流顺序地激励多个初级发送感应线圈14。控制器18被设置为利用充电电流激励各个初发送感应器线圈14达适当时间量，然后激励下一初级发送感应器线圈14，依此类推。定序(sequencing)速度(各个初级发送感应器线圈导通的时间)是电池性质的一个问题。根据电池性质，定序速度可以是各个发送线圈要被激励的时间的在毫秒到小时之间的任何值。定序时间可利用控制器18的定序器26来调整。

由于多个初级发送感应线圈14在被充电电流顺序地激励时将一个接一个地在不同方向上呈现磁通量，在壳体12内被随机地取向的电子装置的接收感应线圈将拾取从初级发送感应线圈14中的至少一个生成的足够的通量。要被充电的电子装置与充电站10之间不需要对准过程。通常，可将经受充电的所有电子装置完全随机地放入壳体中。因此，包括可再充电电池和接收感应线圈并且在壳体内部随机地取向的电子装置将因此被无线地进行电池充电，而与壳体内的装置取向无关。因此，附接至壳体12的面板16的多个初级发送感应线圈14将通过充电电流的顺序激励来确保电子装置得以无线地充电。在多个初级发送感应线圈14正交地取向的情况下，多个初级发送感应线圈14在被充电电流顺序地激励时将一个接一个地在正交方向上呈现磁通量。

电子装置50可包括无线通信发送器56，其被设置为发送包括与充电传输功率有关的数据的信息。充电站10还可包括无线通***28，其被设置为从电子装置50接收信息。无线通信发送器56和无线通***28可被设置为经由诸如蓝牙或NFC的短距离无线电来无线地通信。另选地或者作为组合，可通过调制发送感应线圈与接收感应线圈之间建立的链路来设置用于例如发送包括与充电传输功率有关的数据的信息的无线通信。所述调制可以是幅度调制、频移键控或脉宽调制中的任一种或组合。

控制器18可被设置为基于来自电子装置50的信息来限制或提高充电电流。因此，电子装置50与充电站之间的无线通信链路可用于优化电子装置的感应充电。

此外，另外地或作为组合，控制器18可被设置为基于来自电子装置50的信息利用充电电流激励多个初级发送感应线圈14的子集。另选地，控制器18可被设置为基于来自电子装置50的信息利用充电电流激励多个初级发送感应线圈14中的一个。另选地，控制器18可被设置为在比其它初级发送感应线圈14更长的时间期间激励多个初级发送感应线圈14中的一个或子集。为了具体实现这些实施方式中的任一个，为了使控制器18激励多个初级发送感应线圈14的子集至少超过其它，电子装置50可包括电流供给传感器(未示出)，其被设置为随时间测量所接收的电流并将此信息作为包括与充电传输功率有关的数据的信息通信给充电站10。通过控制器18的这些实施方式中的任一个，可执行电子装置的更有效的感应充电。这是因为避免了利用充电电流激励对电子装置50的感应充电没有贡献的初级发送感应线圈14。

在图2中示出了充电站的壳体12的实施方式。图2中未示出充电站的控制器，但是将理解，根据所公开的任一个实施方式的控制器可与壳体12的此实施方式组合使用。根据此实施方式的壳体包括一个或多个附加发送感应线圈30。各个附加发送感应线圈30被设置在壳体12的与初级发送感应线圈14中的一个相反侧的面板16处。控制器18被设置为利用充电电流同时激励初级发送感应线圈14及其相反的附加发送感应线圈30。这将增强壳体内的磁通量。

在图3中示出了对包括可再充电电池和接收感应线圈的电子装置进行充电的方法的框图。该方法包括：从电子装置的多个侧面顺序地使电子装置经受S302感应磁场。该方法还可包括：将电子装置容纳S300在根据本发明的实施方式的充电站的壳体的内部容积内。例如，从电子装置的多个侧面顺序地使电子装置经受S302感应磁场可从电子装置的多个正交侧面进行。

本领域技术人员将理解，本发明并不限于上述优选实施方式。相反，在所附权利要求书的范围内可进行许多修改和变化。

例如，充电站10可用于无线地对具有相应可再充电电池和接收感应线圈的多个电子装置进行充电。

此外，控制器18可被设置为检测多个初级发送感应线圈14当中最好地向电子装置的接收感应线圈发送充电功率的初级发送感应线圈14。例如，这可通过利用与各个发送感应器线圈串联连接的定向耦合器感测发送感应器线圈发生器处的谐振特征或反射功率来进行。定向耦合器的输出为两个信号：前向发送功率的量和反射功率的量。这两个信号之间的相位差与谐振的特征有关。通过此签名，可确定多个初级发送感应线圈14当中的最好地向电子装置50的接收感应线圈54发送充电功率的初级发送感应线圈14。通过检测多个初级发送感应线圈14当中的最好地向电子装置50的接收感应线圈54发送充电功率的初级发送感应线圈14，可利用充电电流仅激励多个初级发送感应线圈14中的子集或一个。另选地，最好地向接收感应线圈54发送充电功率的初级发送感应线圈14可被激励比其它初级发送感应线圈14更长的时段的持续时间。这将导致可执行对电子装置的更有效的感应充电。这是因为避免了利用充电电流激励对电子装置50的感应充电没有贡献的初级发送感应线圈14。

另外，本领域技术人员在实践要求保护的发明时通过研究附图、公开和所附权利要求书可理解并实行对所公开的实施方式的变化。

Claims (11)

1.一种用于对具有可再充电电池和接收感应线圈的电子装置感应充电的充电站，该充电站包括：

壳体，该壳体包括多个面板，所述多个面板正交地取向并且形成被设置为容纳所述电子装置的内部容积；

第一初级发送感应线圈、第二初级发送感应线圈和第三初级发送感应线圈，其中，所述第一初级发送感应线圈、所述第二初级发送感应线圈和所述第三初级发送感应线圈正交地取向；以及

控制器，该控制器被设置为利用充电电流顺序地激励所述第一初级发送感应线圈、所述第二初级发送感应线圈和所述第三初级发送感应线圈；

其中，所述第一初级发送感应线圈、所述第二初级发送感应线圈和所述第三初级发送感应线圈中的每一个被设置在所述壳体的独立的面板处。

2.根据权利要求1所述的充电站，该充电站还包括附加发送感应线圈，其中，所述附加发送感应线圈被设置在所述壳体的与所述第一初级发送感应线圈、所述第二初级发送感应线圈和所述第三初级发送感应线圈中的一个相反侧的面板处。

3.根据权利要求1所述的充电站，该充电站还包括多个附加发送感应线圈，其中，所述多个附加发送感应线圈中的每一个被设置在所述壳体的与所述第一初级发送感应线圈、所述第二初级发送感应线圈和所述第三初级发送感应线圈中的一个相反侧的面板处。

4.根据权利要求2或3所述的充电站，其中，所述控制器被设置为利用充电电流同时激励初级发送感应线圈和与该初级发送感应线圈相反的附加发送感应线圈。

5.根据权利要求1所述的充电站，该充电站还包括无线通***，该无线通***被设置为从所述电子装置接收信息，该信息包括与发送的充电功率有关的数据，其中，所述控制器被设置为基于来自所述电子装置的所述信息限制或提高所述充电电流。

6.根据权利要求1所述的充电站，该充电站还包括无线通***，该无线通***被设置为从所述电子装置接收信息，该信息包括与发送的充电功率有关的数据，其中，所述控制器被设置为基于来自所述电子装置的所述信息利用所述充电电流激励所述第一初级发送感应线圈、所述第二初级发送感应线圈和所述第三初级发送感应线圈的子集。

7.根据权利要求1所述的充电站，该充电站还包括无线通***，该无线通***被设置为从所述电子装置接收信息，该信息包括与发送的充电功率有关的数据，其中，所述控制器被设置为基于来自所述电子装置的所述信息利用充电电流激励所述第一初级发送感应线圈、所述第二初级发送感应线圈和所述第三初级发送感应线圈中的单个初级发送感应线圈。

8.根据权利要求1所述的充电站，其中，所述控制器被设置为检测所述第一初级发送感应线圈、所述第二初级发送感应线圈和所述第三初级发送感应线圈当中的最好地向所述电子装置的所述接收感应线圈发送充电功率的初级发送感应线圈。

9.一种感应充电***，该感应充电***包括：

电子装置，该电子装置包括：

可再充电电池；和

接收感应线圈；以及

充电站，该充电站包括：

壳体，该壳体包括多个面板，所述多个面板正交地取向并且形成被设置为容纳所述电子装置的内部容积；

第一初级发送感应线圈、第二初级发送感应线圈和第三初级发送感应线圈，其中，所述第一初级发送感应线圈、所述第二初级发送感应线圈和所述第三初级发送感应线圈正交地取向；以及

控制器，该控制器被设置为利用充电电流顺序地激励所述第一初级发送感应线圈、所述第二初级发送感应线圈和所述第三初级发送感应线圈；

其中，所述第一初级发送感应线圈、所述第二初级发送感应线圈和所述第三初级发送感应线圈中的每一个被设置在所述壳体的独立的面板处。

10.根据权利要求9所述的感应充电***，其中，所述电子装置还包括无线通信发送器，该无线通信发送器被设置为发送包括与充电传输功率有关的数据的信息，并且其中，所述充电站还包括无线通***，该无线通***被设置为接收从所述电子装置发送的所述信息。

11.一种对包括可再充电电池和接收感应线圈的电子装置进行充电的方法，该方法包括以下步骤：

从所述电子装置的正交地取向的多个侧面顺序地使所述电子装置经受感应磁场。

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