用于對(duì)便攜式元件充電的設(shè)備和關(guān)聯(lián)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于對(duì)便攜式元件充電的設(shè)備和關(guān)聯(lián)方法。本發(fā)明涉及用于對(duì)包括用于通過感應(yīng)充電的接收天線（Ar）的便攜式元件（10）充電的設(shè)備（20），充電設(shè)備（20）包括：充電表面（Sc），多個(gè)發(fā)射天線（A1、A3），放置在多個(gè)發(fā)射天線（A1、A3）下面的鐵磁材料層（30），電子電路，設(shè)備還包括多個(gè)諧振器（R1、R2...Ri）：具有基本上等于天線的發(fā)射頻率的諧振頻率，放置在多個(gè)天線與充電表面之間，以及在其被激活時(shí)適合于反射由天線發(fā)射的磁場(chǎng)（B），以及根據(jù)接收天線相對(duì)于諧振器的定位標(biāo)準(zhǔn)，被連接到電子電路以便被單獨(dú)地解激活。本發(fā)明還涉及一種關(guān)聯(lián)充電方法。
【專利說明】用于對(duì)便攜式元件充電的設(shè)備和關(guān)聯(lián)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于對(duì)便攜式元件充電的設(shè)備和關(guān)聯(lián)充電方法。本發(fā)明更特別地涉及用于通過感應(yīng)充電的設(shè)備，其包括位于充電表面下面、發(fā)射垂直于通過它們的電流的磁場(chǎng)的主天線。此磁場(chǎng)被包括在位于充電表面上的便攜式裝置中的輔助天線接收。接收到的磁場(chǎng)的強(qiáng)度然后被便攜式裝置轉(zhuǎn)換成電流以便對(duì)所述便攜式裝置充電。
【背景技術(shù)】
[0002]此類充電設(shè)備是本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的。如圖1和2中所示，充電設(shè)備20通常包括一個(gè)或多個(gè)主天線，稱為發(fā)射天線Al、A2、A3，位于充電設(shè)備20的充電表面Sc下面。這些發(fā)射天線A1、A2、A3被連接到電子電路(在圖1中未示出)，其使得控制每個(gè)發(fā)射天線Al、A2、A3的發(fā)射是可能的。蜂窩電話或其他類型的便攜式元件10被放置在充電設(shè)備20的充電表面Sc上(參考圖2)。此便攜式元件10包括輔助天線，稱為接收天線Ar。
[0003]下面解釋此類充電設(shè)備的操作。電子電路檢測(cè)充電表面Sc上的接收天線Ar的位置，并且指示與接收天線Ar最對(duì)準(zhǔn)的充電設(shè)備20的(一個(gè)或多個(gè))發(fā)射天線Al、A2、A3的發(fā)射。例如通過之前測(cè)量每個(gè)發(fā)射天線A1、A2、A3的端子處的電壓變化來執(zhí)行接收天線Ar的位置檢測(cè)。具有最大電壓變化的(一個(gè)或多個(gè))發(fā)射天線Al、A2、A3與接收天線Ar基本上對(duì)準(zhǔn)。一個(gè)(或多個(gè))發(fā)射天線Al、A2、A3然后發(fā)射垂直于通過它(們)的電流的磁場(chǎng)B，亦即在接收天線Ar的方向上。磁場(chǎng)B是以確定頻率f發(fā)射的，其為接收天線Ar的接收頻率。此類充電設(shè)備20的尺寸和結(jié)構(gòu)可以由WPC (無線充電聯(lián)盟)類型的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定。根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，例如發(fā)射天線A1、A2、A3的發(fā)射頻率在100 kHz和200 kHz之間。
[0004]為了優(yōu)選地在便攜式元件10所在的側(cè)上引導(dǎo)磁場(chǎng)B，已知的實(shí)踐是為充電設(shè)備20裝配由鐵磁材料30、也稱為鐵氧體(ferrite) 30制成的諧振層,其位于發(fā)射天線A1、A2、A3下面，亦即在與便攜式元件10所在側(cè)相對(duì)的一側(cè)。磁場(chǎng)B被此鐵氧體30反射并被主要朝著便攜式元件10改向。接收天線Ar接收此磁場(chǎng)B且便攜式元件10然后將接收天線Ar接收到的磁場(chǎng)的強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成充電電流。充電在便攜式元件10以磁場(chǎng)的調(diào)制的形式向充電設(shè)備20發(fā)送充電結(jié)束消息時(shí)停止，該充電結(jié)束消息經(jīng)由發(fā)射天線A1、A2、A3被接收到且被電子電路解碼。
[0005]為了在充電表面Sc上獲得盡可能均勻的磁場(chǎng)B，已知的實(shí)踐是在充電設(shè)備20中放置平行于充電表面Sc的至少兩個(gè)疊加層的發(fā)射天線Al、A2、A3，位于頂層上的天線相對(duì)于位于下層上的天線偏移。如圖2中所示，發(fā)射天線A2位于發(fā)射天線Al和A3之上且其與這些發(fā)射天線Al、A3中的每一個(gè)的一部分重疊。然而，發(fā)射的磁場(chǎng)B (參考圖3)在充電設(shè)備20的充電表面Sc上并不是完全均勻的(參考圖2)。便攜式元件10根據(jù)其在充電表面Sc上的位置接收不同強(qiáng)度的磁場(chǎng)。這在圖3中示出，其中，在充電設(shè)備20的縱軸X上示出了磁場(chǎng)B的強(qiáng)度。從此圖3很明顯地呈現(xiàn)出的是磁場(chǎng)B的強(qiáng)度在充電表面Sc的中心部分上、在位置Xl和x2之間基本上是均勻的，但是在充電設(shè)備20的邊緣處，從位置O至位置Xl和從位置x2至位置L，磁場(chǎng)B的強(qiáng)度顯著下降。這部分地是由于充電設(shè)備20的邊緣處的磁場(chǎng)B的耗散(dissipation)。由于磁場(chǎng)B的強(qiáng)度在這些末端處是不足的，所以便攜式元件10的充電在那里是不可能的或者花費(fèi)異常長(zhǎng)的時(shí)間。[0006]此充電設(shè)備20是本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的。在圖4中圖示出結(jié)合到充電設(shè)備20中的控制磁場(chǎng)B的發(fā)射的電子電路40。其包括微處理器類型的連接到發(fā)射單元T和三個(gè)輸入開關(guān)Sel、Se2、Se3 (例如,機(jī)械繼電器或晶體管)的陣列的控制系統(tǒng)S,輸入開關(guān)Sel、Se2、Se3中的每個(gè)被連接到發(fā)射天線A1、A2、A3。每個(gè)發(fā)射天線A1、A2、A3還被連接到輸出開關(guān)Ssl、Ss2、Ss3且然后連接到至少一個(gè)阻抗匹配電容器Ca且最終連接到接收單元R，接收單元R本身被連接到控制系統(tǒng)S。
[0007]輸入開關(guān)Sel、Se2、Se3被用來選擇發(fā)射磁場(chǎng)B以便對(duì)便攜式元件10充電的發(fā)射天線A1、A2、A3。對(duì)它們的部分而言的輸出開關(guān)Ssl、Ss2、Ss3被用來選擇發(fā)射天線A1、A2、A3以接收源自便攜式元件10的消息，諸如即時(shí)充電率或充電結(jié)束消息。通常，從便攜式元件10接收消息和被選擇為對(duì)后者充電的是相同發(fā)射天線Al、A2、A3。此發(fā)射天線Al、A2、A3 一旦被選擇，然后就被連接到阻抗匹配電容器Ca，使得可能使其發(fā)射頻率和因此磁場(chǎng)B的頻率適應(yīng)對(duì)于充電而言期望的頻率。例如，根據(jù)圖2中所示的示例，充電設(shè)備20的發(fā)射天線A2理想地與便攜式元件10的接收天線Ar對(duì)準(zhǔn)，此發(fā)射天線A2被選擇為用于電荷(磁場(chǎng)B的發(fā)射)到便攜式元件10的發(fā)射且用于源自于便攜式元件10的消息的接收。然而，更頻繁的是充電設(shè)備20沒有發(fā)射天線A1、A2、A3相對(duì)于便攜式元件10的接收天線Ar直接地且理想地對(duì)準(zhǔn)，并且必須選擇兩個(gè)鄰近的發(fā)射天線Al、A2、A3以便以最佳方式(最短可能充電時(shí)間)對(duì)便攜式元件10充電。
[0008]此充電設(shè)備20的第一缺點(diǎn)然后出現(xiàn)。使用兩個(gè)鄰近的發(fā)射天線A1、A2、A3來對(duì)便攜式元件10充電產(chǎn)生磁場(chǎng)B，該磁場(chǎng)B覆蓋明顯大于對(duì)接收天線Ar充電理論上需要的充電表面面積。因此存在被耗散、不可用于便攜式元件10且因此被浪費(fèi)的發(fā)射的磁場(chǎng)B的一部分。此耗散被與存在于充電設(shè)備20的邊緣[0，xl]、[x2，L]處的相加(如上所述)，因此產(chǎn)生過度能量消耗。
[0009]此充電設(shè)備20的第二缺點(diǎn)在于將輸入開關(guān)Sel、Se2、Se3和輸出開關(guān)Ssl、Ss2、Ss3用于每個(gè)發(fā)射天線A1、A2、A3。這些開關(guān)被高充電電流(> 1A)穿過，并且因此是相對(duì)昂貴的，因?yàn)樗鼈冞m合于支持這些高電流。
[0010]第三缺點(diǎn)在于相互之間偏移的若干層發(fā)射天線Al、A2、A3的使用，這向充電設(shè)備20添加可觀的額外成本，每個(gè)發(fā)射天線Al、A2、A3伴隨有其輸入開關(guān)、輸出開關(guān)等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011 ] 本發(fā)明提出緩解這些缺點(diǎn)。
[0012]本發(fā)明提出一種用于對(duì)便攜式元件充電的設(shè)備，使得可能:
?顯著地減少被耗散的磁場(chǎng)B的部分，以及
?降低充電設(shè)備的成本。
[0013]本發(fā)明提出了一種用于對(duì)包括用于通過感應(yīng)充電的接收天線的便攜式元件充電的設(shè)備，所述充電設(shè)備包括:
?表面，用于對(duì)便攜式元件充電，
?多個(gè)發(fā)射天線，具有發(fā)射頻率，放置在充電表面下面并發(fā)射磁場(chǎng)，?鐵磁材料層，放置在所述多個(gè)發(fā)射天線下面并具有至少基本上等于充電表面的表
面，
?電子電路，包括被連接到發(fā)射天線的控制系統(tǒng)，
所述充電設(shè)備還包括多個(gè)諧振器:
?具有基本上等于發(fā)射頻率的諧振頻率，
?放置在所述多個(gè)發(fā)射天線與充電表面之間，以及
?覆蓋至少基本上等于充電表面的活躍表面(active surface),在它們被激活時(shí)適合于在發(fā)射天線的方向上反射磁場(chǎng)，以及
?根據(jù)接收天線相對(duì)于諧振器的定位標(biāo)準(zhǔn)，借助于開關(guān)被連接到電子電路以便被單獨(dú)地解激活。
[0014]因此，根據(jù)本發(fā)明的充電設(shè)備減少了發(fā)射天線的數(shù)量并消除了所有發(fā)射天線的高電流、輸入和輸出開關(guān)。具體地，根據(jù)本發(fā)明的充電設(shè)備包括諧振器的開關(guān)，其是低電流開關(guān)且因此并不是非常昂貴的。
[0015]有利地，諧振器相互之間是并列(juxtapose)的，相隔從O變至e的距離。
[0016]優(yōu)選地，所述多個(gè)諧振器均勻地在充電表面上和/或?qū)ΨQ地相對(duì)于在其中心處將充電表面二等分的縱軸和/或橫軸分布。
[0017]明智地，發(fā)射天線由具有最小繞組寬度的銅線的繞組組成，并且諧振器是矩形形狀的，其最長(zhǎng)邊具有至多等于最小繞組寬度的長(zhǎng)度?；蛘弋?dāng)諧振器是環(huán)形形狀時(shí)，它們的外徑至多等于最小繞組寬度。
[0018]該充電設(shè)備可以包括被連接到諧振器的阻抗匹配電容器。
[0019]在第一實(shí)施例中:
?該充電設(shè)備還包括被連接到電子電路的多層印刷電路，以及 ?所述發(fā)射天線和所述諧振器被以銅線繞組的形式印刷在印刷電路的兩個(gè)疊加層上。
[0020]在第二實(shí)施例中，所述充電設(shè)備還包括位于諧振器層與充電表面之間的第二層鐵磁材料。
[0021 ] 本發(fā)明還涉及一種用于經(jīng)由充電設(shè)備對(duì)便攜式元件充電的方法，該便攜式元件包括用于通過感應(yīng)充電的接收天線且該充電設(shè)備包括:
?表面，用于對(duì)便攜式元件充電，
?多個(gè)發(fā)射天線，具有發(fā)射頻率、被放置在用于對(duì)便攜式元件充電的表面下面并發(fā)射磁場(chǎng)，
?鐵磁材料層，放置在所述多個(gè)發(fā)射天線下面并具有至少基本上等于充電表面的表
面；
?電子電路，包括被連接到發(fā)射天線的控制系統(tǒng)，
該方法包括以下步驟:
?步驟1:在充電設(shè)備中放置多個(gè)諧振器，其具有基本上等于發(fā)射頻率的諧振頻率，被放置在所述多個(gè)發(fā) 射天線與所述充電表面之間，并覆蓋至少基本上等于充電表面的活躍表面，并且在它們被激活時(shí)適合于朝著發(fā)射天線反射磁場(chǎng)，并且根據(jù)接收天線相對(duì)于諧振器的定位標(biāo)準(zhǔn)，借助于開關(guān)被連接到電子電路以便被單獨(dú)地解激活，
?步驟2:在充電表面上放置便攜式元件，?步驟3:由電子電路來檢測(cè)位于便攜式元件的接收天線下面的至少一個(gè)諧振器，
?步驟4:由控制系統(tǒng)將因此在步驟3中檢測(cè)的諧振器解激活。
[0022]更特別地，在步驟4中，通過將諧振器接通來獲得解激活。
[0023]優(yōu)選地，步驟3包括:
?步驟3a:測(cè)量電壓變化和/或電壓值和/或測(cè)量每個(gè)諧振器的端子處的磁場(chǎng)的相移，以及 ?步驟3b:由電子電路來檢測(cè)與表示接收天線與諧振器之間的最大磁耦合的電壓變化和/或電壓和/或相移的值相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)諧振器。
[0024]有利地，步驟3包括檢測(cè)位于便攜式元件的接收天線下面的至少兩個(gè)諧振器且步驟4在于將因此檢測(cè)的兩個(gè)諧振器解激活。
[0025]本發(fā)明還應(yīng)用于裝配有根據(jù)上列特征的充電設(shè)備的任何機(jī)動(dòng)車。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]在閱讀以下描述時(shí)和檢查所附權(quán)利要求書時(shí)，本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯，在所述附圖中:
?先前解釋的圖1表示來自現(xiàn)有技術(shù)的充電設(shè)備20上方的視圖，
?先前解釋的圖2表示沿著圖1中所示的充電設(shè)備20的縱軸X的截面圖，
?先前解釋的圖3表示沿著圖2的充電設(shè)備20的縱軸X的充電設(shè)備Sc上的磁場(chǎng)B的強(qiáng)度，
?先前解釋的圖4表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的充電設(shè)備20的電子電路40，
?圖5表示來自根據(jù)本發(fā)明的充電設(shè)備20的上方的視圖，
?圖6表示沿著圖5中所示的充電設(shè)備20的縱軸X的截面圖，便攜式元件10在充電表面Sc的三個(gè)不同位置P1、P2、P3上被放置在其上面，
?圖7表示根據(jù)本發(fā)明的圖6中所示的位置P1、P2、P3中的每一個(gè)上的充電表面Sc上的磁場(chǎng)B的強(qiáng)度，
?圖8表示用本發(fā)明的充電設(shè)備獲得(曲線Cf)且與用現(xiàn)有技術(shù)的充電設(shè)備獲得的(曲線Ci)相比較的沿著縱軸X的充電表面Sc上的磁場(chǎng)B的強(qiáng)度，
?圖9表示根據(jù)本發(fā)明的充電設(shè)備20的電子電路40’，
?圖10表不根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的充電設(shè)備20,
?圖11表示根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的充電設(shè)備20。
【具體實(shí)施方式】
[0027]如圖5和6中所示，用于對(duì)包括接收天線Ar的便攜式元件10充電的設(shè)備20根據(jù)本發(fā)明包括:
?表面Sc,用于對(duì)便攜式兀件10充電，
?多個(gè)發(fā)射天線Al、A3，具有發(fā)射頻率f，放置在充電表面Sc下面并發(fā)射磁場(chǎng)B ；
?鐵磁材料層30，放置在多個(gè)發(fā)射天線Al、A3下面并具有至少基本上等于充電表面Sc的、由發(fā)射天線Al、A3的尺寸和位置限定的表面Sr，以及
?電子電路40’(參見圖9)，包括被連接到發(fā)射天線Al、A3的控制系統(tǒng)S。[0028]本發(fā)明還提出為充電設(shè)備20裝配放置在充電表面Sc下面和發(fā)射天線A1、A3上面的多個(gè)諧振器Rl、R2、R3...Ri。“諧振器Rl、R2、R3...Ri”在這種情況下意指在其被激活時(shí)以稱為諧振頻率fr的給定頻率反射其接收的磁場(chǎng)的任何鐵磁元件。在非限制性的以下示例中，諧振器RU R2、R3...Ri在它們被激活時(shí)由銅線繞組組成，未被供應(yīng)電流，具有基本上等于發(fā)射天線A1、A3的發(fā)射頻率f的諧振頻率fr。它們反射在與便攜式元件10所在的一側(cè)相對(duì)的一側(cè)上由發(fā)射天線Al、A3發(fā)射的磁場(chǎng)B。為此，每個(gè)諧振器RU R2、R3...Ri的銅線繞組的數(shù)量是預(yù)定的，以便作為期望諧振頻率fr的函數(shù)來修改它們的阻抗，或者替代地，每個(gè)諧振器RU R2、R3...Ri被連接到阻抗匹配電容器(未示出)，使得可能將諧振頻率fr固定在發(fā)射天線Al、A3的發(fā)射頻率f處。
[0029]根據(jù)本發(fā)明，并且如圖5中所示，多個(gè)諧振器R1、R2、R3...Ri覆蓋至少基本上等于充電表面Sc的活躍表面Sa。優(yōu)選地，諧振器R1、R2...Ri相對(duì)于彼此是并列的，相隔距離e或者在它們之間沒有自由空間。
[0030]每個(gè)諧振器RU R2、R3...Ri被連接到開關(guān)S1、S2...Si，其本身被連接到控制系統(tǒng)S (參考圖9)。因此，通過將與之相關(guān)聯(lián)且將其連接到控制系統(tǒng)S的開關(guān)S1、S2...Si閉合，可以單獨(dú)地將每個(gè)諧振器RU R2、R3...Ri解激活，亦即接通。諧振器RU R2、R3...Ri在其被連接到控制系統(tǒng)S時(shí)隨后被具有相對(duì)低但足以干擾(disrupt)其諧振頻率fr并將其解激活的強(qiáng)度的電流穿過。因此被解激活的諧振器R1、R2、R3...Ri不再反射其從發(fā)射天線接收到的磁場(chǎng)B且不再對(duì)磁場(chǎng)B的通過形成障礙。后者然后穿過被解激活的諧振器R1、R2...Ri且在便攜式元件10的方向上自由地傳播。
[0031]本發(fā)明提出了將在便攜式元件10的接收天線Ar下面的至少一個(gè)諧振器RU R2、R3...Ri解激活。因此，由于鄰近的諧振器仍被激活，亦即諧振，所以只有用于由發(fā)射天線Al、A2、A3發(fā)射的磁場(chǎng)B朝向便攜式元件10的接收天線Ar的僅有可能通道是被解激活諧振器RU R2...Ri保持自由的通道，并且其尺寸基本上是解激活諧振器的尺寸。因此，磁場(chǎng)的路徑被開通(canalize)為被解激活諧振器保持自由的通道，因此防止由于邊緣效應(yīng)而引起的損耗。
[0032]優(yōu)選地，本發(fā)明提出將兩個(gè)諧振器RU R2...Ri解激活以便允許磁場(chǎng)B產(chǎn)生環(huán)路(參考圖10)，從充電設(shè)備20至便攜式元件10且然后返回至充電設(shè)備20。
[0033]這在圖10中圖示出。在圖10中，兩個(gè)諧振器被解激活，諧振器R2和R5 (在圖10中用交叉標(biāo)記)。在給定示例中，天線Al和A3中的電流的流動(dòng)方向被在相同方向上任意地選擇；它們也可以在相反方向上。由發(fā)射天線Al和A3發(fā)射的磁場(chǎng)B被以箭頭F的形式表示；其形成連續(xù)地通過三個(gè)天線:發(fā)射天線Al、接收天線Ar和發(fā)射天線A3的環(huán)路。由于位于解激活諧振器R2和R5的任一側(cè)的鄰近諧振器RU R3、R4和R6仍被激活，所以發(fā)射的磁場(chǎng)B的強(qiáng)度集中于對(duì)應(yīng)于兩個(gè)解激活諧振器R2和R5的位置的兩個(gè)通道上。具體地，磁場(chǎng)B的通道處于相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的通道(其在這種情況下是對(duì)應(yīng)于兩個(gè)發(fā)射天線Al和A3的表面)而言被大大減小的諧振器(R2和R5)的這兩個(gè)位置處，通過諧振器(R2、R5)的這兩個(gè)位置的磁場(chǎng)B的強(qiáng)度從而被放大。磁場(chǎng)B的強(qiáng)度的此局部集中使得不僅可能改進(jìn)由充電設(shè)備20進(jìn)行的便攜式元件10的充電的質(zhì)量和/或持續(xù)時(shí)間，而且還省去了附加層的發(fā)射天線，其在本示例中在這種情況下為發(fā)射天線A2。下面將對(duì)此進(jìn)行解釋。此外，與解激活諧振器R2、R5并列的激活諧振器RU R3、R4、R6的存在顯著地減少了接收表面Sr上的被便攜式元件10覆蓋的表面面積外面的磁場(chǎng)B的耗散的現(xiàn)象并因此減少了功率損耗。具體地，這些激活諧振器阻擋解激活諧振器的每一側(cè)的磁場(chǎng)B的發(fā)射。
[0034]根據(jù)本發(fā)明，重要的是以適當(dāng)?shù)姆绞綄⒅C振器RU R2...Ri的大小和位置附加在充電表面Sc上，從而在整個(gè)充電表面Sc上獲得因此被放大的磁場(chǎng)B的通道的均勻且密集的分布。為此，最初且優(yōu)選地，多個(gè)諧振器R1、R2...Ri均勻地在充電表面Sc上和/或?qū)ΨQ地相對(duì)于在其中心O處將充電表面Sc 二等分的縱軸X和橫軸Y分布(參考圖5)。
[0035]其次，重要的是諧振器RU R2...Ri的大小小于發(fā)射天線Al、A3的大小，從而相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的通道而盡可能地減小了磁場(chǎng)B的通道，以便將后者的強(qiáng)度局部地放大。
[0036]例如，在其中發(fā)射天線A1、A2、A3由最小繞組寬度d2 (參考圖6)的銅線繞組組成的情況下，諧振器Rl、R2...Ri (如果它們?yōu)榫匦涡螤畹脑?使它們的長(zhǎng)度dl的最長(zhǎng)邊至多等于最小繞組寬度d2是必要的。如果諧振器R1、R2...Ri是圓形形狀的，則它們的外徑dl至多等于發(fā)射天線Al、A3的銅線繞組的最小寬度d2是必要的。
[0037]因此，跨充電設(shè)備20的充電表面Sc產(chǎn)生的磁場(chǎng)B的通道不僅均勻地分布在充電表面Sc上，而且密集地分布，具有針對(duì)每個(gè)發(fā)射天線Al、A3關(guān)聯(lián)的至少兩個(gè)諧振器R1、R2...Ri (亦即至少兩個(gè)通道)。因此，無論便攜式元件10在充電設(shè)備20的充電表面Sc上的位置如何，都可以最佳地對(duì)后者充電。
[0038]磁場(chǎng)B的強(qiáng)度在充電表面Sc上的均勻、密集且放大的分布使得可能省去發(fā)射天線A1、A3，在這種情況下，在我們的示例中為發(fā)射天線A2，其在現(xiàn)有技術(shù)的充電設(shè)備20中位于發(fā)射天線Al和A3上面。
[0039]此現(xiàn)象在圖6、7和8中 示出。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的充電設(shè)備20，在其上面，便攜式元件10被放置在三個(gè)不同位置P1、P2、P3上。
[0040]圖7示出了在圖6的充電表面Sc上的便攜式元件10的三個(gè)位置P1、P2和P3上的沿著充電設(shè)備20的縱軸X的發(fā)射的磁場(chǎng)B的強(qiáng)度。
[0041]將理解的是，根據(jù)本發(fā)明:
?如果將便攜式元件10放置在充電設(shè)備20的充電表面Sc上的位置Pl上，則諧振器Rl和R3或Rl和R2被解激活，
?如果便攜式元件處于位置P2上，則諧振器R2和R5或R3和R4被解激活，
?如果便攜式元件處于位置P3上，則諧振器R4和R6或R5和R6被解激活。
[0042]針對(duì)充電表面Sc上的便攜式元件10的每個(gè)位置P1、P2、P3(且因此針對(duì)每對(duì)解激活諧振器)，發(fā)射的磁場(chǎng)B的強(qiáng)度(在圖7中分別地為B1、B2、B3)具有位于分別被解激活的諧振器R1、R2…Ri的位置的兩個(gè)局部最大值。例如，針對(duì)位置P1，磁場(chǎng)強(qiáng)度的曲線BI具有被最小值Bimin間隔開的兩個(gè)局部最大值Bimaxi和Β1ΜΑΧ2。這些局部最大值和最小值的位置因此根據(jù)被解激活的諧振器RU R2...Ri的位置且因此根據(jù)充電表面Sc上的便攜式元件10的位置而改變。
[0043]圖8示出了與由曲線Ci示出的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)可獲得的強(qiáng)度相比較的根據(jù)本發(fā)明的在充電表面Sc上可獲得的磁場(chǎng)B的強(qiáng)度的最終曲線Cf (亦即沒有差別的全部位置Ρ1、Ρ2、Ρ3)?？梢钥吹剑景l(fā)明不僅使得可能針對(duì)便攜式元件10在充電表面Sc的縱軸X上的給定位置xi獲得比現(xiàn)有技術(shù)的場(chǎng)強(qiáng)大ΛΒ的場(chǎng)強(qiáng)B，而且本發(fā)明使得可能非常顯著地增加充電表面Sc的邊緣[0，xi]和[x2，L]處的磁場(chǎng)的強(qiáng)度，在那里，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，磁場(chǎng)的強(qiáng)度是弱的，并且不允許最佳充電(因?yàn)樵谶@種情況下磁場(chǎng)B在其中被大大地耗散)。充電設(shè)備20的邊緣處的場(chǎng)強(qiáng)B的強(qiáng)度的此增加等同于充電表面Sc相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的Ax的擴(kuò)大，這可有效地用于對(duì)便攜式元件10充電。
[0044]應(yīng)注意的是已經(jīng)用圖6中所示的充電設(shè)備20獲得磁場(chǎng)強(qiáng)度的曲線Cf，亦即用僅兩個(gè)發(fā)射天線Al、A3而不是如表示現(xiàn)有技術(shù)的磁場(chǎng)B的強(qiáng)度的曲線Ci的情況那樣用三個(gè)發(fā)射天線(A1、A2、A3)。
[0045]具體地，借助于激活和解激活諧振器的組合，磁場(chǎng)B僅在必要時(shí)被發(fā)射和放大，亦即在便攜式元件10的接收天線Ar下面。諧振器R1、R2...Ri的充電表面Sc上的均勻且密集的分布(亦即放大磁場(chǎng)B的通道)使得可能最佳地對(duì)便攜式元件10充電，無論其在充電表面Sc上的位置如何，并且因此使得可能省去發(fā)射天線(A2)的附加層。諧振器的添加因此使得可能省去天線。
[0046]自然地，重要的是注意到充電表面Sc上的磁場(chǎng)B的均勻度和強(qiáng)度取決于放置在多個(gè)發(fā)射天線Al、A3下面的鐵磁材料層30的布置和尺寸，其在便攜式元件10的方向上反射磁場(chǎng)B。因此，對(duì)于由發(fā)射天線A1、A3的位置和大小確定的給定充電表面Sc而言，重要的是鐵磁材料層30的表面Sr至少基本上等于充電表面Sc。由于多個(gè)諧振器R1、R2...Ri的活躍表面Sa也至少基本上等于充電表面Sc，所以因此獲得的磁場(chǎng)B的強(qiáng)度基本上是均勻的，無論便攜式元件10在充電表面Sc上的位置如何。
[0047]具體地，如果鐵磁材料層30的表面Sr或諧振器的活躍表面Sa具有比充電表面Sc小的尺寸，則充電表面Sc的邊緣處的磁場(chǎng)的耗散現(xiàn)象增加。相反，如果表面Sr或活躍表面Sa具有大于充電表面Sc的尺寸,則磁場(chǎng)B的強(qiáng)度在充電表面Sc的邊緣處不足以最佳地對(duì)便攜式元件10充電。
[0048]圖9圖不出根據(jù)本發(fā)明的充電設(shè)備的電子電路40’。
[0049]電子電路40’包括控制系統(tǒng)S，其被并聯(lián)地連接到發(fā)射單元T且隨后連接到兩個(gè)發(fā)射天線Al和A3，每個(gè)發(fā)射天線被連接到相同阻抗匹配電容器Ca，然后連接到接收單元R，接收單元R本身被連接到控制系統(tǒng)S。與現(xiàn)有技術(shù)的充電設(shè)備20的電子電路40相比，不再存在輸入開關(guān)Sel、Se2、Se3或輸出開關(guān)Ssl、Ss2、Ss3且發(fā)射天線Al和A3被永久地連接到控制系統(tǒng)S，亦即它們同時(shí)地且不是如先前的情況那樣選擇性地進(jìn)行發(fā)射和接收?？刂葡到y(tǒng)S還被連接到復(fù)用器或開關(guān)陣列S1、S2...Si，每個(gè)被連接到諧振器R1、R2...Ri。這些開關(guān)
S1、S2...Si被低電流穿過且因此不是非常昂貴。因此，所有發(fā)射天線都永久地發(fā)射磁場(chǎng)且適當(dāng)諧振器的解激活使得可能優(yōu)選地朝著便攜式元件10的接收天線Ar引導(dǎo)此磁場(chǎng)。
[0050]根據(jù)本發(fā)明的充電方法包括以下步驟:
?步驟1:在充電設(shè)備20中放置多個(gè)諧振器RU R2...Ri:
O具有等于發(fā)射天線Al、A3的發(fā)射頻率f的諧振頻率fr，
O被放置在所述天線上面和充電表面Sc下面，以及
O覆蓋至少基本上等于充電表面Sc的活躍表面Sa，在它們被激活時(shí)適合于反射由發(fā)射天線發(fā)射的磁場(chǎng)B，以及
O借助于開關(guān)S1、S3...Si被連接到控制系統(tǒng)，以便根據(jù)接收天線Ar相對(duì)于諧振器RU R2…Ri的定位標(biāo)準(zhǔn)被解激活，
?步驟2:在充電表面Sc上放置便攜式元件10，?步驟3:由電子電路40來檢測(cè)位于便攜式元件10的接收天線Ar下面的至少一個(gè)諧振器 RU R2...Ri,
?步驟4:由控制系統(tǒng)S來解激活因此在步驟3中檢測(cè)的諧振器RU R2...Ri。
[0051]如上文所解釋的，“諧振器的解激活”意指將其接通，例如通過將其連接到可以將此諧振器置于開環(huán)中或閉環(huán)中的開關(guān)?！拔挥诮邮仗炀€Ar下面”意指在物理上位于接收天線Ar下面的諧振器R1、R2...Ri，或者優(yōu)選地，具有與接收天線Ar的最大磁耦合、因此確保最大充電效率的諧振器RU R2...Ri。因此，接收天線Ar相對(duì)于諧振器RU R2...R的定位標(biāo)準(zhǔn)是物理定位標(biāo)準(zhǔn)或磁耦合B的標(biāo)準(zhǔn)，以便使磁場(chǎng)B從充電設(shè)備20到便攜式元件10的傳輸最優(yōu)化。出于此目的，該方法還提出了步驟3包括以下步驟:
?步驟3a:測(cè)量每個(gè)諧振器RU R2...Ri的端子處的磁場(chǎng)的電壓的變化和/或電壓和/或相移的值，以及
?步驟3b:由電子電路40來檢測(cè)與表示諧振器RU R2...Ri與接收天線Ar之間的最大磁耦合的電壓變化的值和/或電壓和/或相移的值相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)諧振器R1、R2...Ri。
[0052]優(yōu)選地，步驟3包括檢測(cè)位于接收天線Ar下面的至少兩個(gè)諧振器R1、R2...Ri (參考圖10)，亦即具有與后者的最大磁耦合，并且步驟4在于因此檢測(cè)的兩個(gè)諧振器的解激活。
[0053]具體地，如上文所解釋的，例如兩個(gè)諧振器R2、R5的解激活允許磁場(chǎng)B實(shí)現(xiàn)從充電設(shè)備20到要充電的便攜式元件10且然后返回至充電設(shè)備20的環(huán)路，顯著地改進(jìn)了充電效率。
[0054]本發(fā)明因此使得可能降低充電設(shè)備20的成本:
?通過省去附附加層的發(fā)射天線(A2)，以及
?通過省去所有的高電流開關(guān)Sel...Se3、Ssl...Ss3，以及 ?通過用具有低電流和因此的低成本的諧振器陣列RU R2...Ri和關(guān)聯(lián)開關(guān)S1、
S2...Si的陣列來將它們替換。
[0055]此外，如上文所解釋的，本發(fā)明使得可能擴(kuò)大充電設(shè)備20的充電表面Sc并通過專有地在便攜式元件10的接收天線Ar下面局部地放大磁場(chǎng)B的強(qiáng)度來改進(jìn)充電的質(zhì)量和/或效率。
[0056]在特定實(shí)施例中，充電設(shè)備20包括被連接到電子電路40’的多層印刷電路(未示出)，并且諧振器RU R2...Ri和發(fā)射天線Al、A3被以銅線的形式印刷在所述印刷電路的兩個(gè)疊加層上。
[0057]在第二實(shí)施例中，充電設(shè)備20還包括第二層的鐵磁材料30’(參考圖11)或第二鐵氧體30’，以發(fā)射天線Al、A3的發(fā)射頻率f諧振，并且位于諧振器層RU R2...Ri上面。
[0058]然后將 本第二實(shí)施例的諧振器的操作反轉(zhuǎn)。更特別地，當(dāng)諧振器RU R2...Ri被解激活時(shí)，第二鐵氧體30’在與其所在的相反側(cè)的方向上反射源自于發(fā)射天線Al、A3的磁場(chǎng)B。當(dāng)諧振器RU R2...Ri被激活時(shí)(亦即其反射磁場(chǎng)B)，位于上面的第二鐵氧體30’是磁飽和的，并且允許磁場(chǎng)B在便攜式元件10的方向上傳遞。在本第二實(shí)施例中，所有諧振器R1、R2...Ri最初被解激活(接通)，然后當(dāng)在充電表面Sc上檢測(cè)到便攜式元件10的位置時(shí)，位于便攜式元件10的接收天線Ar或具有與后者的最好磁耦合的(一個(gè)或多個(gè))諧振器RU R2...Ri然后被激活(關(guān)斷)。 [0059]自然地，本發(fā)明不限于所述實(shí)施例，僅作為非限制性示例給出。
【權(quán)利要求】
1.一種用于對(duì)包括用于通過感應(yīng)充電的接收天線(Ar)的便攜式元件(10)充電的設(shè)備(20),并且所述充電設(shè)備(20)包括； ?表面(Sc)，用于對(duì)便攜式元件(10)充電， ?多個(gè)發(fā)射天線(Al、A3 )，其具有發(fā)射頻率(f )，放置在充電表面(Sc )下面且發(fā)射磁場(chǎng)(B)， ?鐵磁材料層(30 )，放置在多個(gè)發(fā)射天線(Al、A3 )下面且具有至少基本上等于充電表面(Sc)的表面(Sr)， ?電子電路(40’)，包括被連接到發(fā)射天線(A1、A3)的控制系統(tǒng)(S)， 所述設(shè)備的特征在于其還包括多個(gè)諧振器(Rl、R2...Ri): ?具有基本上等于發(fā)射頻率(f)的諧振頻率(fr)， ?放置在多個(gè)發(fā)射天線(Al、A3 )與充電表面(Sc )之間，以及 ?覆蓋至少基本上等于充電表面(Sc)的活躍表面(Sa)，在它們被激活時(shí)適合于在發(fā)射天線的方向上反射磁場(chǎng)(B)，以及 ?借助于開關(guān)(S1、S2、S3)連接到電子電路(40’)，以便根據(jù)接收天線(Ar)相對(duì)于諧振器(Rl、R2...Ri)的定 位標(biāo)準(zhǔn)被單獨(dú)地解激活。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于諧振器(Rl、R2...Ri)相對(duì)于彼此是并列的，間隔開從O至e變化的距離。
3.如前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于充電表面具有在其中心(O)處將其二等分的橫軸(Y)和縱軸(X)，并且其特征在于多個(gè)諧振器(Rl、R2...Ri)均勻地在充電表面(Sc)上和/或相對(duì)于縱軸(X)和/或橫軸(Y)對(duì)稱地分布。
4.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于發(fā)射天線(A1、A3)由具有最小繞組寬度(d2)的銅線繞組組成，并且其特征在于諧振器(Rl、R2...Ri)是矩形形狀的，其中，最長(zhǎng)邊(dl)具有至多等于最小寬度(d2)的長(zhǎng)度。
5.如權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于發(fā)射天線(A1、A3)由具有最小繞組寬度(d2)的銅線繞組組成，并且其特征在于諧振器(R1、R2...Ri)是圓形形狀的，具有至多等于最小寬度(d2)的外徑(dl)。
6.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于充電設(shè)備(20)還包括被連接到諧振器(Rl、R2...Ri)的阻抗匹配電容器。
7.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于: ?充電設(shè)備(20)還包括被連接到電子電路(40’)的多層印刷電路，以及?發(fā)射天線(Al、A3)和諧振器(Rl、R2...Ri)被以銅線繞組的形式印刷在印刷電路的兩個(gè)疊加層上。
8.如前述權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于: ?充電設(shè)備(20)還包括位于諧振器(R1、R2...Ri)層與充電表面(Sc)之間的第二層鐵磁材料(30’)。
9.一種用于使用如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的充電設(shè)備(20)對(duì)便攜式元件(10)充電的方法， 該方法的特征在于其包括以下步驟: ?在充電表面(Sc)上放置(步驟2)便攜式元件(10)，?根據(jù)接收天線(Ar)相對(duì)于諧振器(Rl、R2...Ri)的定位標(biāo)準(zhǔn)，由電子電路(40’)來檢測(cè)(步驟3)位于便攜式元件(10)的接收天線(Ar)下面的至少一個(gè)諧振器(Rl、R2...Ri), ?由控制系統(tǒng)(S)將因此檢測(cè)的諧振器(Rl、R2...Ri)解激活(步驟4)， ?對(duì)便攜式元件(10)充電。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于解激活(步驟4)包括將諧振器(R1、R2...Ri)接通。
11.如權(quán)利要求9或權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于檢測(cè)(步驟3)包括: ?測(cè)量(步驟3a)每個(gè)諧振器(R1、R2...Ri)的端子處的磁場(chǎng)(B)的電壓變化和/或電壓值和/或相移的測(cè)量，以及 ?由電子電路(40’)來檢測(cè)(步驟3b)與表示接收天線(Ar)與諧振器(Rl、R2...Ri)之間的最大磁耦合的電壓變化和/或電壓和/或相移的值相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)諧振器(R1、R2...Ri )。
12.如權(quán)利要求9至11中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于: ?檢測(cè)(步驟3)包括位于便攜式元件(10)的接收天線(Ar)下面的至少兩個(gè)諧振器(R2、R5)的檢測(cè)， ?解激活(步驟4)在于因此檢測(cè)的兩個(gè)諧振器(R2、R5)的解激活。
【文檔編號(hào)】H01M10/44GK103545866SQ201310292967
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月13日
【發(fā)明者】M.徹伊克, Y.瓦斯里夫 申請(qǐng)人:法國大陸汽車公司, 大陸汽車有限公司