专利名称：感应充电器和充电方法
技术领域：
本发明涉及一种感应充电器和充电方法。该充电器适用于使用在充电器与装置之 间的无接触感应耦合来同时对一个或者多个电池供电装置进行充电。
背景技术：
许多如今的便携装置并入可再充电电池。示例装置包括电动牙刷、电动剃须刀、胡 须修剪器和/或脱毛设备。该装置也可以包括其它可充电装置，比如蜂窝电话或者膝上型 计算机。在这些设备中的一些设备中，经由感应耦合而不是直接电连接对电池进行再充 电。例子包括飞利浦Sonicare 牙刷、松下数字无绳电话方案KX-PH15AL和松下男士剃须 刀ES70/40系列。这些设备中的各设备通常具有适配器或者充电器，其从电网、汽车点烟器或者其 它电源取得功率，并且将它转换成适合于对电池进行充电的形式。存在与对这些装置进行 供电或者充电的常规手段关联的诸多问题。在各装置内的电池的特性和与它们连接的手段均随着制造商的不同和设备的不 同而显著变化。因此，拥有若干这样的装置的用户必须也拥有若干不同适配器。如果用户 旅行外出，那么如果他们希望在这一段时间内使用他们的设备，则他们将不得不携带他们 的一大堆充电器。充电器无论使用直接电连接还是感应耦合都经常要求用户将小型连接器插入装 置中或者将设备准确对准地放入支架中，因而引起不便。此外，多数适配器和充电器不得不插入电网电源插座中，因此如果若干适配器和 充电器一起使用，则它们占据插线板的空间并且引起接线的无序和凌乱。除了上述问题之外，还有与具有开放式电接触的充电器关联的附加实际问题。例 如，这样的充电器由于有可能腐蚀或者短接接触而不能使用于潮湿环境中，并且它们由于 有可能引起电火花而不能使用于易燃气体环境中。使用感应充电的充电器无需具有开放式电接触，因此允许适配器和设备被密封以 及在潮湿环境中使用。例如，如上文提到的电动牙刷、剃须刀和脱毛设备被设计成使用于浴 室中。然而这样的充电器仍然受如上文所述的所有其它问题困扰。例如，设备仍需准确放 入充电器中以使得设备和充电器处于预定相对位置。适配器仍然仅被设计为特别用于某个 设备式样和机型，并且仍然仅能一次对一个设备进行充电。因而用户仍需拥有和管理一大 堆不同适配器。Splashpower Limited(UK)名下的US-7M8017-B2认识到上述问题，并且描述多 种克服要求装置与充电器轴向对准的感应功率传送系统的限制的解决方案。一种相对简单的解决方案是使用感应功率传送系统，其中初级单元能够在大区域 内发射电磁场。用户可以简单地将一个或者多个要进行再充电的设备放置在初级单元的范 围内，而无需准确放置它们。例如，这一初级单元可以包括环绕大区域的初级线圈。当电流流过初级线圈时，产生在大区域内延伸的电磁场，并且具有次级拾波线圈的设备可以放置 于这一区域内任一处。这一方法受诸多弊端困扰。首先，电磁发射强度受到管制限制。因 而这一方法仅能以有限速率传送功率。其次，由于拾波线圈按照定义将环绕比初级线圈小 得多的区域，所以拾波线圈将仅环绕由初级线圈生成的磁场的对应一小部分。这种所谓磁 耦合例如依赖于拾波线圈相对于初级线圈的距离、横截面和定向。次级线圈与初级线圈的磁耦合系数k21表示为次级线圈所环绕的通量Φ2与初级 线圈所环绕的通量^之比Ii21 = O2ZO1耦合系数越小，磁耦合就越弱，而为了传送相同量的能量在初级线圈中的电流就 必须越高。增加初级线圈中的电流由于电阻而增加能量损耗。为了使能量传送高效并且限 制能量损耗，希望优化在初级线圈与拾波线圈之间的磁耦合。为了优化磁耦合，可以建议使用初级线圈阵列，其中仅激活所需的线圈。在发表 于 Journal of the Magnetics Society of Japan、f示IS为 “Coil Shape in a Desk-type Contactless Power Station System，，中描述这一方法(2001年11月四日)。在多线圈概 念的一个实施例中，感测机构感测次级设备相对于初级单元的相对位置。控制系统继而激 活适当线圈以局部化方式向次级设备递送功率。虽然这一方法提供一种对前文列举的问题 的解决方案，但它是以复杂和高成本的方式做到这一点的。初级场可以局部化的程度受初 级线圈数目并且因此受所使用的驱动电路数目的限制。与多线圈系统关联的成本将严重限 制这一概念的商业应用。非均勻场分布也是一个弊端。当在初级单元中激活所有线圈时， 它们合计为如下大线圈的等效，该线圈的磁场分布被视为在线圈的中心表现出最小值。US-7248017-B2公开一种包括磁芯材料薄片和缠绕于薄片周围的拾波线圈的可再 充电电池。拾波线圈适合于从外部单元感应地接收功率。外部单元在场生成表面处或者在 其上生成电磁场。为了对电池进行充电，线圈放置于场生成表面附近，使得片的纵轴和线圈 的中心轴各自与表面平行延伸。外部单元包括用于沿着场生成表面生成旋转磁偶极子的多 个导体，使得线圈无论它的旋转定向如何都可以接收功率。不同于多线圈设计，这一解决方 案需要更简单的控制系统和更少的部件。US-7248017-B2的解决方案尽管有它的优点，但由于在场生成表面与拾波线圈之 间的弱耦合以及由此产生的功率损耗和低效率而存在不利。外部单元的导体环绕比拾波线 圈环绕的区域大得多的区域。为了增加磁耦合，US-7M8017-B2教导在次级设备中包括高 导磁率的磁材料，以通过赋予低磁阻的路径来增加感应通量。由于弱磁耦合而向导体提供 相对高的电流。为了补偿由这一电流生成的磁通量，在充电区域下面提供磁材料层以提供 用于该通量的返回路径。
发明内容
鉴于上述情况，需要一种通用感应充电器，其中单个初级单元可以向不同次级设 备供电，由此消除了对一大堆不同适配器和充电器的需要，从而具有增加的磁耦合效率。本发明因此提供一种用于向一个或者多个电池供电装置感应供电的感应充电器， 各装置包括次级线圈，该次级线圈包围磁场的部分并且作为响应生成用于对装置的电池进 行充电的电流，该充电器包括
-两个或者更多初级线圈对，以圆形图案布置，其中圆形图案适合于包围装置的一 个或者多个次级线圈，以及-AC电源，用于向初级线圈对提供交流电流(AC)，以用于在初级线圈对的相应初 级线圈之间生成旋转磁场。本发明的感应充电器具有以下特征。它是通用的，即单个充电器可以向具有不同 功率要求的不同装置供应功率，由此消除了对一大堆不同适配器和充电器的需要。它是便 利的，因为充电器允许将装置放置于初级线圈的圆形图案内任一处，由此消除了对相对于 充电器准确插入或者放置装置的需要。充电器可以同时向具有不同功率要求的多个装置供 应功率。充电器赋予用于在不同环境中使用的灵活性，因为无需直接电接触，由此允许在潮 湿、气体、洁净和其它非典型环境中使用。US-2007-0057581-A1公开一种用于发电的系统。多个超导磁体对以圆形图案设置 于固定线圈周围。控制处理器施加电力以按照预定序列接通和关断电磁体对。生成旋转磁 场并且在固定线圈中感应出电流。电磁体包括包裹于软铁心周围的线圈。包括铁心的电磁 体由DC驱动电流驱动。虽然令人关注，但是US-2007/0057581-A1的系统将由于缺乏细节 和实用性而为本领域技术人员所忽略。例如其建议感应电流可以用来为住户、企业产生电 力，或者可以是电动车辆的部分，由此无需补给燃料。为了增加系统的效率，其建议使用超 导电磁体，这些电磁体必须冷却至迫近绝对零(OK)的温度。可以将流出系统的电流朝着用 于冷却超导磁体的冷却元件和控制处理器而引回至系统中。控制处理器本身视为公知并且 未完全加以公开。由于类似永动的描述，本领域技术人员将忽略US-2007-0057581-A1。在实践中，例 如由于为了控制超导磁体而需要的功率，US-2007-0057581-A1的系统将比引言中公开的用 于无接触能量传送的任何系统更低效。此外，US-2007-0057581-A1的系统涉及的是大规模 应用，比如向建筑物或者车辆供电。在一个实施例中，各初级线圈对配备有用于将相应初级线圈对短路的一个或者多 个开关。可选地，充电器包括用于驱动AC电源的处理器，其中处理器适合于使用对应开关 将至少一个初级线圈对短路并且向其余初级线圈对供应交流电流。将一些初级线圈对短路 提供更均勻的磁场。这增加了效率和磁耦合，因此限制了能量损耗。与缺乏适当电路的充 电器相比，该磁耦合可以增加例如高达三倍。在一个实施例中，充电器包括包围初级线圈外部的高导磁率材料的盖。虽然上述 充电器的电磁辐射在管制限制内，但是盖可以降低电磁辐射下至预定水平，因此在充电器 以外实现更低电磁发射。根据另一方面，本发明提供一种用于向一个或者多个电池供电装置感应供电的方 法，各装置包括次级线圈，该次级线圈包围磁场的部分并且作为响应生成用于对装置的电 池进行充电的电流，该方法包括以下步骤-提供充电器，该充电器包括以圆形图案布置的两个或者更多初级线圈对，其中该 圆形图案适合于包围装置的一个或者多个次级线圈，以及-使用AC电源向初级线圈对提供交流电流(AC)，以用于在初级线圈对的相应初级 线圈之间生成旋转磁场。该方法提供与上文公开的充电器有关的所有优点。
结合附图根据下文具体描述将清楚本发明的充电器的附加特征和优点。
图1示出了本发明的系统的感应充电器的透视图；图2示出了图1的充电器的剖视透视图；图3A-图3D示出了本发明的系统的顶视图，这些图包括旋转磁场的连续步骤；图4示出了本发明的系统的图示；图5A-图5C示出了本发明的电池供电装置的示例剖视侧视图；图6示出了在电池供电装置中包括的电路；图7示出了本发明一个实施例的磁场线的图示；图8示出了本发明的感应充电器的另一实施例的图示；图9示出了充电器的驱动信号的时序图；图10示出了图8的充电器的更详细的图示；图11示出了用于将初级线圈短路的电路的图示；图12示出了包括本发明的一个充电器实施例的磁场线的俯视图；图13示出了本发明的系统的一个实施例的透视图；以及图14示出了本发明的系统的另一实施例的透视图。
具体实施例方式根据本发明的无接触感应充电器10包括容器12。该容器例如是包括外部杯形构 件14和内部杯形构件16的杯状物。多个初级线圈沿着圆周并且在杯形构件14与16的壁 之间中以圆形图案布置。初级线圈成对布置，其中各初级线圈对包括两个相对线圈，即第一 对包括线圈Ll和L5、第二对包括线圈L2和L6等。图1的实施例包括八个线圈L至L8和 四个线圈对。杯形构件16在它的内部限定空间18，一个或者多个电池供电装置可以布置于 该空间中进行充电。各初级线圈为线盘而无磁材料心部。否则，心部将由于磁材料的剩磁而抵制AC驱 动电流。为了感应地传送功率，包括次级线圈20的装置布置于初级线圈对的圆形内(图 3A)。相继向初级线圈对提供用于生成旋转磁场的交流电流(AC)。在图3A至图3D中示出 了磁场线22。通过依次驱动线圈对L1/L5、L2/L6、L3/L7和L4/L8，磁场在次级线圈20周围 旋转。例如相继如下驱动线圈1.线圈L1-L4生成朝向相对线圈L5-L8的磁场(图3A)；2.线圈L2-L5生成朝向相对线圈L6-L1的磁场(图；3.线圈L3-L6生成朝向相对线圈L7-L2的磁场(图3C)；4.线圈L4-L7生成朝向相对线圈L8-L3的磁场(图3D)等。图4示出了微控制器30，其连接到可由该微控制器操作的功率转换电路32、电流 分路器34、逻辑异或O(OR) 36和四个驱动器38。也称为异或(例如符号化为XOR或者E0R) 的逻辑运算异或是对两个输入运算对象的一类逻辑或，该运算仅且仅在恰好有一个运算对 象具有真值时才获得真值。
功率转换电路32是用于将来自外部电源如电网电压的电力转换成适合于充电器 10的格式的输入电路。在一个实际实施例中，功率转换电路32例如将交流电网电压(例如 110-130或者220-240VAC)转换成范围例如为5至15V的DC电压。DC电压向微控制器30 供电，并且供给驱动器38。微控制器30生成方波电压100。向逻辑M)R 36供应电压100。微控制器驱动XOR 36以控制M)R 36的方波电压102的相位。X0R36向驱动器38供应方波电压102。各驱动 器38将方波电压102转换成方波电压104。驱动器38向电容器与线圈对的串联连接供应 方波电压104。电流分路器34在一端连接到微控制器30和功率转换电路32。在另一端，电流分 路器连接到驱动器38。电流分路器向微控制器提供与驱动器38的交流输出电流106有关 的信息(例如幅度)。可以使用本发明的充电器来充电的电池供电装置包括一个或者多个电池40。一般 而言，电池40为圆柱形并且沿着该装置的长度延伸(图5A、图5B、图5C)。图5A示出了包 括一个电池的飞利浦Sonicare电动牙刷42。图5B示出了包括一个电池的飞利浦电动胡须 修剪器。图5C示出了包括两个电池的飞利浦电动剃须刀44。包括电池和例如印刷电路板等的电池隔室46 —般位于设备的基部或者柄部。电 池隔室是设备的最重部分，并且它因此形成设备的如下部分，用户将在使用期间将该部分 握持于他的手中。由于电池隔室为最重部分，所以它将也是放入充电器10中进行充电的部 分。为了能够向次级线圈传送能量，它们必须与竖直布置的初级线圈L1-L8 (图2)对 准。然而现有技术的装置一般具有另外布置的次级线圈。根据本发明，修改设备的本体48，并且次级线圈20包围电池的长度(图5A、图 5B)。次级线圈20占用相对小的空间，并且本体48的尺寸将与现有技术的设备相当。次级 线圈20的宽度受本体48的内径限制。次级线圈的长度可以沿着本体48的内壁的长度延 伸。次级线圈20越大，它可以包围的磁通量就越多并且磁耦合系数就可以越高。已经适合于无接触充电的装置，如飞利浦Sonicare牙刷，可以配备有竖直布置的 次级线圈20。此外，该装置还可以配备有与次级线圈20串联布置的电容器50 (图6)。电容 器50与次级线圈20 —起形成具有一个或者多个谐振频率的谐振电路。向初级线圈L1-L8 提供的交流电压将具有与所述谐振频率之一基本上对应的频率。因此，可以补偿驱动电路 中的(寄生)阻抗从而减少能量损耗并且提高效率。尚不适合于无接触充电的装置配备有与线圈20和电容器50串联的整流器52。用 于电压限制的齐纳二极管M连接到整流器52的输出。可选地，缓冲电容器56与二极管M 并联布置(图6)。在一个改进实施例(未示出)中，装置42、44可以具有两个或者更多次级线圈， 各次级线圈具有另一定向。例如，两个次级线圈可以相互垂直。在磁场旋转时(图3A-图 3D)，次级线圈中总有一个将包围磁通量，因此减少对电池完全充电所需要的时间。在一个改进实施例中，将一个或者多个线圈对短路，而其余初级线圈对具有交流 电流。在图7中示出了当初级线圈L1/L5短路而其余初级线圈具有交流电流时的磁场线 22。
将一些初级线圈对短路减少磁通量的短路。经过短路线圈的净磁通量等于零。由 于磁通量O1的较大部分穿过一个或者多个次级线圈，这增加了磁耦合系数1 21。在一个实际实施例中，将一个或者两个初级线圈对短路。如果充电器包括三个或 者四个线圈对，则两个或者三个初级线圈对将被提供交流电流。测试已经证明后者更高效， 且提供了最高的耦合系数和最均勻的磁场。图8示出了与图4的充电器相当的充电器，该充电器包括用于将相应初级线圈 L1-L8短路的开关S1-S8。各初级线圈对与电容器化2丄4丄6丄8)、驱动器38和)((《 36串 联连接。微处理器30向各M)R 36的第一输入供应信号100。信号100例如为方波高频电 压信号。输出RB0、RB1、RB2、RB3向驱动器38供应第一定时信号。第一定时信号接通(例 如在相应第一定时信号为高时)和关断(例如在第一定时信号为低时)驱动器38。也向反相器60供应第一定时信号。各反相器将输入的第一定时信号反相并且输 出反相第一定时信号61。在输入的第一定时信号具有低值时，该反相信号具有高值，而在输 入的第一定时信号具有高值时，该反相信号具有低值。各反相器60向开关S1-S8供应反相 第一定时信号61。反相第一定时信号61断开(在信号61为低时)和闭合(在信号61为 高时)开关S1-S8。因而，开关S1-S8在对应驱动器38接通时断开(不导电)。开关S1-S8 在对应驱动器38关断时闭合(即导通、因此将线圈L1-L8短路)。输出RB4、RB5、RB6、RB7向相应M)R 36的第二输入供应第二定时信号。如果第二 定时信号为低，则XOR 36的输出信号102对应于输入信号100。如果第二定时信号为高，则 XOR 36将输入信号100反相。在后一情况下，在输入信号100为低时，输出信号102为高， 而在输入信号100为高时，输出信号102为低。向驱动器38供应输出102，例如方波高频电压。驱动器将电压102变换成与电压 102具有相同频率的电压104。可选地，电容器C2-C8连接于驱动器38和线圈L1-L8之间。驱动器38向电容器 C2、. . C8与对应线圈对的串联连接供应电压104。由于电容器C2、. . C8，向线圈Li、. . L8供 应经过滤波的驱动电流106。优选地，电压104和驱动电流106的频率对应于电容器C2、.. C8与对应线圈L1-L8的串联连接的谐振频率。图 9 示出 了 RBO、RBI、RB2、RB3 的输出(第一定时信号)和 RB4、RB5、RB6、RB7 的
输出(第二定时信号)的例子。在图9的例子中，在每四个定时单位中的三个定时单位期间 (由第一定时信号)激活初级线圈对的驱动器38。在每第四定时单位(表示于图的χ轴) 去激活驱动器38。更一般而言，上述示例实施例(图8、图9)使用第一和第二定时信号(RBO、. . RB7) 以随后向相邻初级线圈对供应高频电压104。分别向第一、第二、第三和第四初级线圈对供 应电压104。随后，第一定时信号(RB0-RB3)改变M)R 36的电压102的相位。电压104和 驱动电流106具有与信号102的相位对应的相位。再次分别向第一、第二、第三和第四初级 线圈对供应电压104，从而在初级线圈之间生成连续旋转磁场。相应信号RBO、. . RB7的频率(图9)确定磁场22的旋转频率。在一个实际实施例 中，选择信号RBO、. . RB7的频率使得磁场以如下速度旋转，该速度为信号100的频率的至少 千分之一以下(图8)。这些频率使充电器10能够具有相对高的功率传输系数并且同时具 有便于(即足够小)在家(比如在浴室中)使用的尺寸。
信号100例如是频率范围约为IOkHz至IOMHz (例如约IOOkHz)的方波电压。可 选地，信号RB0、RB1、RB2、RB3的频率为高频信号100的频率的约千分之一至万分之一以下， 例如范围为数赫兹至数kHz。第二定时信号RB4、RB5、RB6、RB7具有与信号RBO、RBl、RB2、 RB3对应的频率。图10示出了图8的一个更具体的示例实施例，其中相似元件具有相同参考标号。 各驱动器38包括半桥换向器，该换向器包括开关Tl、..、T8。这些开关例如包括MOSFET或 者晶体管。这些开关连接到DC电压源，比如功率转换器32。功率转换器连接到外部电源 110，比如电力网。电流分路器34可以连接于功率转换器32与开关之间。电流分路器34 例如是电阻相对较低的电阻器(图10)。例如包括在控制器30中的伏特计108测量电阻器 34两端的电压。控制器30使用测量的电压和电阻器34的电阻来计算输出驱动电流106。驱动器38向电容器C2、. . C8和初级线圈L1-L8的串联连接供应频率和相位与输 入信号102相同的驱动电压104。电容器向初级线圈L1-L8供应经过滤波的驱动电流106。图11示出了开关S1-S8的一个实际的示例实施例。各开关包括反向串联连接的 两个η型MOSFET Μ1、Μ2、Μ3、Μ4，即它们的二极管以相反方向连接。向变换器的初级线圈62 供应反相的第一定时信号，并且MOSFET连接到变换器的次级线圈64。因此，反相第一定时 信号可以同时断开或者闭合M0SFET。在一个实施例中，微处理器30使用电流分路器34(图4、图10)的输入来确定具有 峰值负载的磁场线22的方向。由于驱动器38并非理想电流源，所以驱动电流106将会在 向次级线圈20的功率传送增加时增加。测量驱动器38的半桥电路Τ1-Τ8经由分路器34 的输入电流提供了对经过滤波的驱动电流106的幅度的便利和适当指示。峰值负载意味着 从初级线圈向一个或者多个次级线圈20的能量传送具有最大值。最大能量传送的位置将 对应于经过滤波的驱动电流106的幅度并且因而对应于经由分路器34的电流的幅度最高 的位置。在确定场线中的能量传送最大的位置之后，磁场的旋转基本上暂停于该位置。因 此通过略过磁场的具有最低能量传送的位置来增加能量传送的效率。如果两个或者更多次级线圈布置于杯形充电器10以内，则磁场可能具有其中能 量传送具有(局部)最大值的两个或者更多位置。微处理器可以确定所述两个或者更多位 置，并且在所述位置之间切换磁场。通过略过能量传送最低的位置，系统的效率得以增加。在使用时，初级线圈生成的磁场如例如图7中所示在杯状物10以外延伸。然而可 能希望限制杯状物10以外的通量密度以保护杯状物以外的任何物品(例如电路、银行卡、 电池)免受电磁场影响。图12示出了杯状物10和初级线圈L1-L8。外部杯形构件14的外表面由高导磁 率材料70覆盖。外表面包括外部杯形构件14的壁和/或底部。高导磁率例如是约为100 上至约2000的导磁率μ。高导磁率材料例如包括钢、铁氧体(例如S^e2O4或者铁加上钡 /锶氧化物)、坡莫合金(镍铁磁合金)和/或高导磁率合金(包括约75%镍、15%铁加上 铜和钼的镍-铁合金)。高导磁率材料的盖70减少杯状物10以外的通量密度。盖也增加杯状物内的通量 密度的均勻性。因此，盖使本发明的充电系统能够增加初级线圈中的充电电流并且因此减 少充电时间，同时仍然将杯状物10以外的电磁辐射保持在管制限制内。可以通过选择适当的高导磁率材料、盖的厚度和/或初级线圈电流将杯状物以外一定距离处的电磁辐射减少 至预定水平。可能希望也对不适合于或者不兼容于充电杯状物10的初级线圈的电池供电装置 进行充电。这样的装置包括许多当前常用的浴室装置，这些装置包括具有开放式电接触的 常规可再充电设备。例子包括飞利浦电动剃须刀。本发明的充电杯状物10也可以用来对 在下文给出实例的所述设备进行充电。例如，杯状物10可以具有用于一个或者多个连接器的插座。连接器可以具有一定 形状或者设置以标识它所附接的设备。因此可以使用本发明的充电器经由接线以常规方式 对设备进行充电。在另一实施例(图13)中，设备(例如剃须刀44)经由接线82连接到适配器80。 适配器80包括次级线圈(未示出)和与图6中所示电路相当的电路。适配器80的次级线 圈具有大约与初级线圈L1-L8相同的尺寸。为了对设备进行充电，适配器布置于杯状物10 的外部上，其中次级线圈基本上平行于初级线圈之一。使本发明的充电器后向兼容也用于对当前常用的装置进行充电(见图13)将加速 对本发明系统的公众接受度。在又一实施例中，杯状物10的内空间18具有一个或者多个凹陷90(图14)。凹 陷90机械地迫使装置如电动牙刷处于预定优选位置。优选位置例如优化次级线圈对于初 级线圈之一的相对位置。此外，凹陷将不同装置相互分离，以例如防止不干净的牙刷接触剃 须刀。在实践中，充电器例如具有5至15cm这一量级的内径和5至IOcm这一量级的高 度。初级线圈具有例如约3至7cm的直径。初级线圈可以例如具有6cm这一量级的高度和 4cm这一量级的宽度。次级线圈与对应装置允许的尺寸一样大，以便优化耦合系数。次级线 圈的尺寸可以例如与一个初级线圈的尺寸相当。上述充电器可以包括两个或者更多初级线圈对。鉴于效率、磁场的均勻性和与驱 动电路有关的成本，优选实施例包括三个或者四个初级线圈对。磁耦合系数可以是约0. 07 (在一次激活一个初级线圈对时)至0. 12 (例如在一次 激活四个线圈对之中的三个时)这一量级。可以使用一些上述实施例(比如将未激活的初 级线圈对短路)来进一步提高耦合系数。当将一个或者多个线圈对短路并驱动所有其余线 圈对时，磁耦合系数k21可以升至约0. 3。测试已经证明在一个或者多个次级线圈中的感应 电流可以在将(例如一个或者两个)初级线圈对短路时增加高达三倍。此外，由于在充电 器以内的磁场的均勻性提高，将初级线圈对短路使一个或者多个次级线圈在充电器以内的 定位的关键性降低。例如向初级线圈供应频率范围为约50至150kHz的交流电压104。增加电压的频 率允许使用更小的线圈，这在充电器意于用在浴室中使用时是一个优点。初级线圈的交流 驱动电流106例如范围为0. 5至1A，这足以产生用于对浴室装置进行充电的磁场。在充电 器10以外的电磁场(初级线圈电流上至1A)将落入(相对严格的)欧洲管制限制内。微控制器例如为Microchip PIC16F876。所述微控制器可以在50_150kHz范围 中生成初级线圈电流的操作频率。电流放大器例如为来自hternational Rectifier 的 配备有电平移位器的半桥电路。
在一个实施例中，充电器10具有第一模式和第二模式。在第一模式中，充电器从 它的初级线圈向充电器以内的一个或者多个次级线圈传送能量。第二模式是待命模式，其 中初级线圈电流明显减少(例如10至100倍)。充电器在能量传送降至预定水平以下时向 待命模式自动切换。微处理器将降至预定水平以下解释为无次级线圈。如果随后具有次级 线圈的装置布置于充电器以内，则初级线圈电流将突然改变。作为响应，微处理器将初级线 圈电流增高至与充电模式关联的水平。在一个改进实施例中，微处理器具有待命模式，即第二模式。微控制器30定期地 从待命模式苏醒并且检测充电器10是否包含一个或者多个可充电装置。如果充电器包括 有可充电装置，则处理器30开始对其电池进行充电。如果充电器未包括可充电装置，则处 理器30在预定时段期间返回到待命模式。预定时段例如范围为数秒上至数分钟，例如2秒 至5分钟。在待命模式与第一活跃模式之间切换处理器节省了能量。而且，将总是检测充 电器内的可充电装置。本发明的系统适合于以常见速率对常用的AA类型或者AAA类型可再充电电池进 行充电。充电时间将为若干小时(即5至15小时)这一量级，以便对一个或者多个电池进 行完全充电。这些充电时间与要求准确对准初级线圈与次级线圈的充电器的充电时间相 当。后者例如包括常用电动牙刷，比如Braun Oral B Plak Control。本发明并不限于如上文所述的实施例，其中在所附权利要求的范围内可设想许多 修改。
权利要求
1.一种用于向一个或者多个电池供电装置感应供电的感应充电器(10)，各装置包括 次级线圈，所述次级线圈用于包围磁场的部分并且作为响应生成用于对所述装置的电池进 行充电的电流，所述充电器包括-两个或者更多初级线圈对，以圆形图案布置，其中所述圆形图案适合于包围所述装置 的所述一个或者多个次级线圈(20)，以及-AC电源，用于向所述初级线圈对提供交流电压(104)，以用于在所述初级线圈对的相 应初级线圈(Li，L2，. . .，L8)之间生成旋转磁场02)。
2.根据权利要求1所述的充电器，其中各初级线圈对配备有用于将相应初级线圈对短 路的一个或者多个开关(Si，S2，…，S8)。
3.根据权利要求2所述的充电器，包括用于驱动所述AC电源的处理器(30)，其中所述 处理器适合于使用所述对应开关(Si，S2，. . .，S8)将所述初级线圈对中的至少一对短路并 且向其余初级线圈对供应所述交流电压(104)。
4.根据任一前述权利要求所述的充电器，包括四个初级线圈对。
5.根据任一前述权利要求所述的充电器，其中所述交流电压(104)具有约IOkHz或者 更高的频率。
6.根据任一前述权利要求所述的充电器，所述充电器(10)适合于以如下频率旋转所 述磁场(22)，所述频率为所述交流电压(104)的频率的千分之一以下。
7.根据任一前述权利要求所述的充电器，所述充电器(10)适合于以与电容器(C2-C8) 和对应初级线圈对的串联连接的谐振频率基本上对应的频率来提供所述交流电压(104)。
8.根据任一前述权利要求所述的充电器，所述充电器(10)适合于以与所述一个或者 多个装置的谐振频率基本上对应的频率来提供所述交流电压(104)。
9.根据任一前述权利要求所述的充电器，包括包围所述初级线圈外部的高导磁率材料 的盖(70)。
10.一种用于向一个或者多个电池供电装置感应供电的方法，各装置包括次级线圈 (20)，所述次级线圈用于包围磁场02)的部分并且作为响应生成用于对所述装置的电池 (40)进行充电的电流，所述方法包括步骤-提供充电器(10)，所述充电器包括以圆形图案布置的两个或者更多初级线圈对，其 中所述圆形图案适合于包围所述装置的所述一个或者多个次级线圈00)，以及-将AC电源用于向所述初级线圈对提供交流电压(104)，以用于在所述初级线圈对的 相应初级线圈(Li，L2，. . .，L8)之间生成旋转磁场02)。
11.根据权利要求10所述的方法，包括步骤-将所述初级线圈对中的至少一对短路；以及-向其余初级线圈对供应所述交流电压(104)。
12.根据权利要求11所述的方法，其中各初级线圈对配备有用于将所述相应初级线圈 对短路的一个或者多个开关(Si，S2，…，S8)。
全文摘要
本发明提供了一种用于对一个或者多个电池供电装置同时感应充电的充电器。该充电器包括适合于向电池供电装置感应供电的外部单元，该外部单元包括以圆形图案布置的两个或者更多初级线圈对；AC电源，用于向初级线圈对提供交流电流(AC)，以用于在初级线圈对的相应初级线圈之间生成旋转磁场；以及处理器，用于驱动AC电源，其中一个或者多个电池供电装置适合于布置在外部单元的圆形图案以内，各装置包括次级线圈，该次级线圈用于包围磁场的部分并且作为响应生成用于对装置的电池进行充电的电流。
文档编号H02J7/02GK102144347SQ200980134768
公开日2011年8月3日 申请日期2009年9月1日 优先权日2008年9月5日
发明者J·A·范德林登, R·P·维瑟, W·埃特斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司