專利名稱：感應(yīng)充電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有用于能量傳輸?shù)木€圈和用于能量傳輸?shù)目刂破鞯挠糜诮o移動電器的蓄能器充電的感應(yīng)充電裝置。本發(fā)明還涉及一種具有感應(yīng)充電裝置和移動電器的系統(tǒng)，以及一種借助于感應(yīng)充電裝置給移動電器的蓄能器充電的方法。
背景技術(shù)：
除了其它方面，這些類型的能量傳輸系統(tǒng)用來在移動電器中給蓄能器和其它電能存儲裝置充電。移動電器可為例如所有類型的電動牙刷、電動剃刀、電動手持式工具、電動廚房用具、電動手持式真空吸塵器、移動醫(yī)療設(shè)備、移動電話或者移動測量儀器。無線能量傳輸具體地講可通過感應(yīng)能量傳輸來實現(xiàn)。這樣的話，充電裝置中的電磁線圈和移動電器中的電磁線圈以磁力可逆的方式耦合。這會得到可分的變壓器，該變壓器具有在充電裝置中的一個線圈和在移動電器中的一個線圈。通過感應(yīng)充電裝置中的線圈的交流電可從移動電器中的線圈獲取作為動力。對于這種類型的能量傳輸，當沒有能量被傳輸?shù)绞殖质窖b置時，充電裝置也消耗一次能源。這對于用于節(jié)約能量的措施而言是不利的。因此，開發(fā)了包括感應(yīng)充電裝置和移動電器的系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)檢測移動電器在感應(yīng)充電裝置處的存在。當移動電器不存在時，感應(yīng)充電裝置不再進行能量傳輸，因此使能
量消耗最小化。從現(xiàn)有技術(shù)已知用于檢測移動電器的存在的各種裝置和方法。例如，EP 0 357 829描述了一種檢測移動電器的存在的系統(tǒng)，其中信號通過發(fā)光二極管從電器被傳輸?shù)礁袘?yīng)充電裝置中的接收器二極管。如果所述系統(tǒng)在接收器二極管上檢測到移動電器不存在， 則感應(yīng)充電裝置停止充電活動并斷開其電源。除了光學(xué)檢測之外，還描述了用移動電器中的磁體或電磁體以及磁體和霍爾元件的組合來轉(zhuǎn)換舌簧開關(guān)或微開關(guān)。US 2004/0004460描述了一種系統(tǒng)，其中中央控制單元控制多個感應(yīng)充電裝置的充電活動。數(shù)據(jù)通過將光學(xué)信號從移動電器傳輸?shù)礁袘?yīng)充電裝置而被轉(zhuǎn)移到感應(yīng)充電裝置。此外，中央控制單元可通過無線連接與移動電器交換數(shù)據(jù)。DE 197 41 279描述了一種系統(tǒng)，其中從感應(yīng)充電裝置到移動電器的能量傳輸是通過用于能量傳輸線圈的驅(qū)動電路中電氣組件上的變化來監(jiān)測。在相應(yīng)組件上電壓的某些閾值決定恢復(fù)或停止充電活動。也已知將能量傳輸線圈集成在振蕩電路中，該振蕩電路在移動裝置處于其充電位置時頻率發(fā)生變化?？墒褂眠@種頻率變化來檢測所述存在。GB 233 0 461描述了另一種系統(tǒng)，其中在感應(yīng)充電裝置中移動電器的存在通過發(fā)光元件和受光元件之間的光通信進行監(jiān)測。WO 03/054825描述了一種系統(tǒng)，其中充電活動由用于感應(yīng)耦合線圈的驅(qū)動電路中的組件控制。DE 41 00 2 72中描述了一種類似的裝置。WO 98/23020描述了另一種系統(tǒng)，其中用于能量傳輸?shù)慕油ê蛿嚅_裝置通過鑰匙/鎖系統(tǒng)中鑰匙的存在進行檢測，其中所述鑰匙或所述鎖位于移動電器或感應(yīng)充電裝置中。也描述了數(shù)位鑰的光傳輸。許多光學(xué)存在檢測系統(tǒng)具有的共同之處在于，移動電器不得不使用較大電流量來用信號指示其存在。因為只有有限量的電池電量可供移動電器使用或者充電裝置被進一步影響，這是不利的。此外，光學(xué)設(shè)備對污染是敏感的。因此，可靠的信號發(fā)送并不總是能得到保證。通過間歇能量傳輸檢測移動電器的存在以及測量用于能量傳輸?shù)尿?qū)動電路的特性的缺點是，這種方法也要求很多能量，因為能量被間歇地提供。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是與現(xiàn)有技術(shù)相比降低檢測存在所需的能耗以及改善檢測存在的可靠性。根據(jù)本發(fā)明，該目的借助于用于給移動電器的蓄能器充電的感應(yīng)充電裝置來實現(xiàn)，感應(yīng)充電裝置具有用于能量傳輸?shù)木€圈和用于能量傳輸?shù)目刂破?，其中所述控制器連接到具有可變電容的電容器，并且其中所述電容器被設(shè)計成使得其電容根據(jù)移動電器是否處于充電位置而變化。使用電容測量技術(shù)來檢測移動電器的存在實現(xiàn)了前述的目的，因為它用極少的能量來執(zhí)行并能夠進行可靠的檢測。感應(yīng)充電裝置的電容器的電容受移動電器的影響，從而檢測到它在充電位置的存在或不存在。根據(jù)本專利申請，移動電器在充電位置的構(gòu)型是指，在充電操作期間，感應(yīng)充電裝置的用于能量傳輸?shù)木€圈的電磁場也散布在移動電器側(cè)上的線圈中，從而使來自感應(yīng)充電裝置的線圈(傳輸線圈)的能量可被傳輸?shù)揭苿与娖鞯木€圈(接收線圈)。這意味著，在以下時候會存在本發(fā)明的處于充電位置的布置當充電操作被停用時，移動電器被布置在感應(yīng)充電裝置的環(huán)境中，使得在感應(yīng)充電裝置的線圈和移動電器的線圈之間可進行電磁耦
I=I O一般來講，對于在充電位置的這樣一種耦合或布置，來自感應(yīng)充電裝置和移動電器的線圈必須在空間上彼此接近。在一個實施方案中，移動電器的蓄能器可為任何類型的蓄電池即可再充電電池、 存儲電容器或者用于存儲電能的任何其它裝置。在一個實施方案中，感應(yīng)充電裝置被設(shè)計成使得移動電器可被機械地固定在感應(yīng)充電裝置之內(nèi)或之上。電容器的電容取決于移動電器是否被機械地安裝在感應(yīng)充電裝置之內(nèi)或之上。為了能夠?qū)⒁苿与娖鳈C械地安裝到感應(yīng)充電裝置上，在一個實施方案中，感應(yīng)充電裝置具有外殼，該外殼具有如下機構(gòu)所述機構(gòu)閂鎖到移動電器的外殼上的互補機構(gòu)上以給移動電器充電，或者具有如下機構(gòu)移動電器或其外殼閂鎖到所述機構(gòu)上并且以這種方式被固定在感應(yīng)充電裝置之內(nèi)或之上。在一個實施方案中，感應(yīng)充電裝置的外殼基本上被設(shè)計成環(huán)的形狀，其中移動電器或其外殼可被安裝在環(huán)中。在一個實施方案中，控制器被構(gòu)造成使其在所述裝置運行期間檢測電容器的電容并根據(jù)電容器的電容控制能量傳輸。
控制器優(yōu)選地被設(shè)計成使得它具有電容器的電容測量的測量結(jié)果，接著用它來決定是否應(yīng)當激活能量傳輸。當借助于測量結(jié)果檢測到移動電器被布置在充電位置即移動電器處在感應(yīng)充電裝置附近、之上或之內(nèi)時，能量傳輸接著被相應(yīng)地激活。在本發(fā)明的一個實施方案中，感應(yīng)充電裝置的電容器的電極被集成到振蕩電路中成為變頻電容或者被集成到電容測量電路中成為測量電容，或者以另一種方式影響控制電路的狀態(tài)。在另一個實施方案中，電容器具有至少兩個電極，其中電介質(zhì)在電極之間至少部分地延伸并且介電常數(shù)可借助于施加機械力、電力或磁力或者借助于場對電介質(zhì)的影響而改變，其中所述力或場取決于移動電器是否被布置在充電位置。例如，電介質(zhì)的介電常數(shù)可通過對位于平板之間的電介質(zhì)進行機械壓縮而改變。在其最簡單的實施方案中，電容器由至少兩個電極組成，當將電壓施加于電極時在所述至少兩個電極之間形成了電場。電場散布在不導(dǎo)電的電介質(zhì)中。對于平板電容器，例如，電場基本上可將自身限制在電極間的體積中。然而，通過電極的其他幾何形狀，也可使電場距離電極比較遠，例如，當將它們設(shè)計成平行板時。相關(guān)的電場接著覆蓋數(shù)量級與平板尺寸相同或甚至垂直于平板表面的區(qū)域。同樣在這種情況下，散布有場力線的任何不導(dǎo)電材料形成電容器的電介質(zhì)。因此，根據(jù)本發(fā)明，當運行感應(yīng)充電裝置時，電容器的電介質(zhì)表征散布有電容器電場的任何不導(dǎo)電材料。在各實施方案中，這也包括處在感應(yīng)充電裝置外面的那些材料，尤其是空氣和環(huán)境以及移動電器的被放置在電容器環(huán)境中的元件或部分。當將彼此不同的材料基本上放置在電容器的電場中時，電容器的電容改變?？衫媒殡姵?shù)的這種效應(yīng)和其它影響來檢測移動電器的存在。介電常數(shù)被包括作為電容中的乘數(shù)因子，從而電常數(shù)上的變化基本上成比例地影響電容。在一個實施方案中，平板之間的電介質(zhì)被設(shè)計成使其為至少部分地可置換的，其中位于電極間的電介質(zhì)取決于移動電器是否處于充電位置。這種置換例如可通過將電介質(zhì)放置在平板間的氣隙中來實現(xiàn)。這樣的話，電介質(zhì)空氣被另一種電介質(zhì)所置換例如被移動電器的外殼的一部分，所述另一種電介質(zhì)具有根據(jù)空氣而變化的介電常數(shù)。然而，電容器平板之間的電介質(zhì)的這種置換也可通過將包括電介質(zhì)材料的組件布置成在平板之間是可移動的來實現(xiàn)。那么位于平板之間的材料具有平均介電常數(shù)，所述常數(shù)的數(shù)值取決于平板之間的空間體積被填充多少以及被什么材料填充。在另一個實施方案中，電容器具有至少兩個電極，它們相對于彼此的相對位置和/ 或它們的外形可被修改，其中相對位置和/或外形取決于移動電器是否處于充電位置。用于影響電容器的電容的一種可能性是改變電極的幾何形狀。為此，電極的相對位置可相對于彼此進行修改，例如可改變電極相對于彼此的距離或者可將電極在橫向上相對于彼此進行移動。另一選項是例如通過折疊或展開電極或者通過在一個電極的后面推動另一個電極的各部分來改變電極的外形，以便改變有效表面。這樣一種改變可通過移動電器的存在來實現(xiàn)，移動電器可具有用于此目的專用機構(gòu)。在本發(fā)明的一個實施方案中，感應(yīng)充電裝置具有外殼，其中包括至少兩個電極和一種電介質(zhì)的電容器被布置在外殼中，并且其中所述外殼具有可變形部分，其能夠從外部將力施加到電介質(zhì)或電極中的至少一個上。在這樣一個實施方案中，如果將待充電的電器放置成與感應(yīng)充電裝置的外殼相接合，則旨在用于此目的的移動電器的外殼的一部分按壓到例如感應(yīng)充電裝置的可變形的外殼部分上。感應(yīng)充電裝置的外殼部分的變形繼而導(dǎo)致例如電容器的電介質(zhì)的壓縮乃至導(dǎo)致電極之間距離和電容器上的變化。在另一個實施方案中，感應(yīng)充電裝置具有外殼，其中具有至少兩個電極的電容器被布置在外殼中，并且其中外殼被設(shè)計成使得在電極之間設(shè)置從外部可進入的凹陷部，可將移動電器的一部分放置進其中。如果待充電的移動電器被布置在充電位置，則為此目的而準備的移動電器的外殼的一部分閂鎖到凹陷部上并將凹陷部中的介電性空氣與移動電器的外殼部分的材料相交換。在另一個實施方案中，感應(yīng)充電裝置具有外殼并且電容器被設(shè)計成開放式平板電容器，其中當所述裝置正在運轉(zhuǎn)時電容器的電場在外殼的外部至少部分地延伸。根據(jù)本發(fā)明的開放式平板電容器是指形成平板電容器的電極的平板不是平行的而是相對于彼此形成一個夾角。在一個特例中，兩個平板彼此可為平行的，其中夾角是 180°。在另一個特例中，電極也可在一個平面上。在后一布置中，電場相對于電極板垂直地發(fā)生并且從一個電極延伸到另一個電極。從電極中心開始的場力線按弧線以距電極最大的距離延伸，其與電極的橫向膨脹具有相同的數(shù)量級。電容器的這樣一種設(shè)計意味著電場從感應(yīng)充電裝置的外殼開始，例如當這兩個電極在感應(yīng)充電裝置的外殼表面上或者在它下方一段距離處緊挨著彼此布置時。移動電器或所述裝置的一部分接著作為電介質(zhì)被放置在感應(yīng)充電裝置之上的電場中；這改變了電容器的電容，從而可檢測到移動電器的存在。前述目標還借助于包括前述感應(yīng)充電裝置和移動電器的一個實施方案的一個系統(tǒng)而實現(xiàn)，其中移動電器具有用于能量傳輸?shù)木€圈和連接到所述線圈的蓄能器，其中移動電器可被定位在充電位置，使得在所述線圈的幫助下，可將能量從感應(yīng)充電裝置傳送到移動電器的蓄能器，并且其中移動電器具有根據(jù)所述移動電器是否被布置在所述充電位置而改變所述感應(yīng)充電裝置的電容器的電容的機構(gòu)。通過這樣一種改變電容的機構(gòu)，感應(yīng)充電裝置的移動電器可在其位于感應(yīng)充電裝置之上、之中或附近的充電位置和/或被機械的安裝在所述裝置中時發(fā)出其存在的信號。依照本發(fā)明的移動電器包括例如所有種類的電動牙刷、電動剃刀、電動手持式工具、電動廚房用品、電動手持式真空吸塵器、移動醫(yī)療裝置、移動電話或者移動測量儀器。在所述系統(tǒng)的一個實施方案中，移動電器具有外殼，其中用于改變電容的機構(gòu)是外殼的一部分，當移動電器被布置在充電位置時，所述部分閂鎖到感應(yīng)充電裝置的外殼的柔性部分上并將力施加到電容器的至少一個電極或電介質(zhì)上。適當?shù)?，在一個實施方案中，移動電器具有外殼，其中用于改變電容的機構(gòu)是外殼的一部分，當感應(yīng)充電裝置被布置在充電位置時，所述部分位于電容器的電場中。在所述系統(tǒng)的另一個實施方案中，移動電器具有外殼，其中用于改變電容的機構(gòu)是外殼的一部分，當感應(yīng)充電裝置被布置在充電位置時，所述部分閂鎖到感應(yīng)充電裝置的外殼中的凹陷部上。在另一個實施方案中，用于改變電容的機構(gòu)具有導(dǎo)電材料部分，所述導(dǎo)電材料部分作為電容性短路機構(gòu)以用于感應(yīng)充電裝置的電容器的電場。如果移動電器被布置在充電位置，則導(dǎo)電材料部分位于所述感應(yīng)充電裝置的電容器的電場中。
電容性短路機構(gòu)例如可包括一塊金屬或一塊另一種導(dǎo)電材料。如果這樣一種導(dǎo)電材料被放置在電容器的場中，則場力線將被電容性短路機構(gòu)所短路。短路機構(gòu)的最靠近電容器的電極的表面形成電容性短路機構(gòu)的一個或多個電極。電容性短路機構(gòu)的這個電極與電容器的電極中的每一個形成電場?？偟膩碚f，場力線在場力線方向上被縮短達電容性短路機構(gòu)的長度，因為電容性短路機構(gòu)被放置在電容器的場中，這會增大電容器的電容。在這種情況下優(yōu)選的實施方案是平板電容器，其被布置在感應(yīng)充電裝置的外殼中。將導(dǎo)電材料部分布置在移動電器之上或之中，并且當將移動電器放置在充電位置時，在電容器的平板之間將導(dǎo)電材料部分放置在例如感應(yīng)充電裝置的表面上的凹槽中。在另一個優(yōu)選的實施方案中，采用了開放式平板電容器，其有利地位于感應(yīng)充電裝置的外殼的表面附近。在這種情況下，電容性短路機構(gòu)可被構(gòu)形成薄片或箔，其被布置在移動電器的外殼的表面下方或表面上。當移動電器處于充電位置時，電容性短路機構(gòu)有利地被布置在感應(yīng)充電裝置的表面附近。形成了從電容器的這兩個電極之一到相對放置的電容性短路機構(gòu)的第一部分以及從電容性短路機構(gòu)的第二部分到與它相對放置的第二電極的電場。然后包括串聯(lián)接通的兩個電容器的初始電容器的電容因此顯著增加。這可通過電容測量應(yīng)用于檢測移動電器的存在。所述測量可受到不利影響，因為例如在電極前面，在感應(yīng)充電裝置的表面上存在水膜。當使電極電絕緣時，正如同電容性短路機構(gòu)一樣，水分的導(dǎo)電性使電場不再達到被布置在充電位置的移動電器，或者如果電極未被絕緣則直接引起電容器的傳統(tǒng)短路。因此，如果電容器的電極是垂直排列則它是有利的，以便水分排出電極并且不引起短路。用于抑制電連接受潮的另一種可能是在電容器的電極之間形成陡峭的臺階，其毛細管效應(yīng)將打斷任何水膜的存在。在另一個實施方案中，短路機構(gòu)具有兩個電極，它們以導(dǎo)電方式彼此相連，并且它們被布置成使得在充電期間在感應(yīng)充電裝置的電容器的一個電極和短路機構(gòu)的一個電極之間形成電場。借助于這種設(shè)計，短路機構(gòu)的與感應(yīng)充電裝置中電容器的電極相對應(yīng)的電極可彼此相隔很遠，在這兩個電極之間不需要任何連續(xù)的材料。因此，充電裝置的電容器的電極彼此間可按任何距離進行布置。這種設(shè)計的優(yōu)點是，由于移動電器在充電位置的布置，感應(yīng)充電裝置的電容器的電容本身被減小，并且電容變化被增大。此外，感應(yīng)充電裝置中的電極可被布置在任何適當?shù)奈恢?。在另一個優(yōu)選的實施方案中，短路機構(gòu)的電極之間電連接的阻抗可被調(diào)整以便在移動電器和感應(yīng)充電裝置間傳遞數(shù)據(jù)。例如，可將開關(guān)布置在短路機構(gòu)的這兩個電極之間， 數(shù)字數(shù)據(jù)在短路機構(gòu)上被調(diào)制?？蓪崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，例如，因為交流電被供應(yīng)給電容器的第一和第二電極并且當存在閉合接頭時這個交流電可流進短路機構(gòu)的電極中，而當電子開關(guān)打開時它無法流動。在具有用于能量傳輸?shù)目刂破鞯母袘?yīng)充電裝置的幫助下，前述目標還[借助于] 用于給移動電器的蓄能器充電的方法而實現(xiàn)，其中，在第一步驟中，感應(yīng)充電裝置檢測感應(yīng)充電裝置的電容器的電容，其取決于移動電器在充電位置的存在，以及在第二步驟中，將測量結(jié)果與閾值相比較，以及在第三步驟中，根據(jù)比較結(jié)果而啟動或停止感應(yīng)充電裝置和移動電器的線圈之間的能量傳輸。
這樣，當移動電器處于感應(yīng)充電裝置處的充電位置時，僅啟動能量傳輸是可能的， 其意味著與其中移動電器未被布置在充電位置的情形相比，電容器的電容改變。本發(fā)明的其它優(yōu)點、特征和應(yīng)用可能性產(chǎn)生于以下對優(yōu)選實施方案的說明以及相應(yīng)的附圖。


圖1顯示一種包括感應(yīng)充電裝置和移動電器的系統(tǒng)的第一實施方案的示意圖。圖2顯示一種包括感應(yīng)充電裝置和移動電器的系統(tǒng)的另一個實施方案的示意圖。圖3顯示一種包括感應(yīng)充電裝置和移動電器的系統(tǒng)的一個可供選擇的實施方案的示意圖。圖4顯示一種包括感應(yīng)充電裝置和移動電器的系統(tǒng)的另一個實施方案的示意圖。
具體實施例方式在來自圖1至4的不同實施方案中，相同的元件用相同的附圖標號來表示。圖1顯示感應(yīng)充電裝置1和移動電器2的示意圖。感應(yīng)充電裝置1的外殼18包含用于能量傳輸?shù)牡谝痪€圈4，并且這個線圈4位于用于能量傳輸?shù)牡诙€圈3的對面，并且所述第二線圈3被布置在移動電器2中。圖1顯示移動電器2關(guān)于感應(yīng)充電裝置1處于充電位置，其中，在這個位置，線圈 3和4被布置成使得在所述裝置運轉(zhuǎn)期間它們彼此耦合并能夠?qū)⒛芰繌母袘?yīng)充電裝置1傳輸?shù)揭苿与娖?。移動電器2(在圖1至圖4中所示實施方案中其為電動牙刷)具有用于存儲電能的連接到線圈3的蓄電池23。感應(yīng)充電裝置2包含電容器17，其具有兩個電極，5和6。可壓縮的電介質(zhì)7被布置在電極5和6之間。電介質(zhì)7的介電常數(shù)及因此電容器17的電容根據(jù)電介質(zhì)7的密度而變化。為能夠壓縮電介質(zhì)7，感應(yīng)充電裝置1的外殼18具有柔軟區(qū)9，當施加壓力時，柔軟區(qū)9可從外部變形。移動電器2繼而具有外殼21的突出的外殼部分8，其與感應(yīng)充電裝置1的外殼18 的柔軟區(qū)9在所示的充電位置接合，并按壓柔軟區(qū)9。由于按壓柔軟區(qū)9，位于柔軟區(qū)9正下方的電容器17的電介質(zhì)7受壓并改變其電容。電介質(zhì)7位于其遠離移動電器2的側(cè)面上的反向支撐件上以便能夠壓縮。連接到電容器17的控制器6檢測與其中電動牙刷2未被保持在充電位置的狀況相比的電容變化，并且當牙刷2處于充電位置時只是接通充電活動。作為另外一種選擇，由于柔軟區(qū)9上的壓力的緣故，電介質(zhì)7可被部分地推出電容器的電容器板5和6之間的容積(圖1未示出)，因而電容器17的電容也改變。電介質(zhì)7 的推出具體地講可抵抗預(yù)張力(可用彈簧實現(xiàn))而發(fā)生，以便在將電動牙刷2從充電位置移除之后電介質(zhì)7被推回到其初始位置。為防止損壞柔軟區(qū)9，外殼突出9被設(shè)計成球形部分。與圖1(其未按比例繪制)中的表示相反，當電容器板5和6之間的距離小于它們的橫向膨脹時已經(jīng)證明為有利的。這種設(shè)計增大電容器的電容，從而使它更容易測量。
圖2顯示包括感應(yīng)充電裝置1和牙刷2的系統(tǒng)的一個實施方案，其中電動牙刷2 的外殼21具有包括塑料的外殼突出22，當牙刷2處于如圖所示的充電位置時，外殼突出22 延伸進與突出22互補的凹口中或者延伸進感應(yīng)充電裝置1的外殼18中的凹陷部19中。 凹陷部19及因此外殼突出22被布置在感應(yīng)充電裝置1的電容器板5和6之間。當未將移動電器2保持在感應(yīng)充電裝置1上用于充電時，凹陷部22充滿空氣。如果電容器板5和6 之間的外殼突出22被放置在凹陷部19中，則它取代空氣，從而電容器17的介電常數(shù)改變。 將外殼突出22布置成用于改變電容器板5和6之間的電容的機構(gòu)8也因此改變其電容。圖3顯示本發(fā)明的另一個實施方案。下面將只是舉例說明相對于圖1所示實施方案的差異。圖3也顯示感應(yīng)充電裝置1的外殼18的表面上的柔軟區(qū)9，其中電容器的第一電極5連結(jié)到所述柔軟區(qū)的內(nèi)部。電容器17的第二電極6被進一步布置在感應(yīng)充電裝置1 的外殼18的內(nèi)部。電動牙刷2在所示充電位置的布置意味著用于改變電容的機構(gòu)(在圖 3中，其再次為外殼突出8，正如在圖1中一樣)機械地按壓到柔軟區(qū)9上并使所述柔軟區(qū)朝向感應(yīng)充電裝置的外殼18內(nèi)部彈性地變形以便改變電容。強加于柔軟區(qū)9并因此強加于電極5上的壓力使電極5和6向一起靠近，并且增大了電容器17的電容。當移除電動牙刷2時，外殼18的柔軟區(qū)9回彈到在由外殼突出8加載之前其所在的位置，如圖1中的實施方案中也顯示的那樣。彈簧效應(yīng)可由柔軟區(qū)自身或者由附加的彈簧(未示出)來提供。代替單獨的電極5，電極5也可為由金屬制成的隔膜，其形成柔軟區(qū) 9自身或其一部分，例如在自身是不導(dǎo)電的由塑料制成的柔軟區(qū)上的金屬涂層。用于改變電容和/或外殼突出8的機構(gòu)優(yōu)選地被成型為使得它不具有將損壞柔軟區(qū)9的任何銳利邊緣。圖4顯示本發(fā)明的另一個實施方案。如前所述，只是描述相對于圖1的差異。在這個實施方案中，感應(yīng)充電裝置1的電容器被設(shè)計成開放式平板電容器20。如果未將電動牙刷9布置在所示的充電位置，則場力線從電極5或電極6開始基本上按半圓行進到對應(yīng)的電極6或電極5。在這個實施方案中，電動牙刷2具有電容短路機構(gòu)，電容短路機構(gòu)包括兩個平板形電極14、15，它們通過連接線11彼此相連接。如圖4顯示，如果接著將電動牙刷2放置在充電位置，則從感應(yīng)充電裝置1的電容器20的電極5、6到電動牙刷2的電極14和15形成電場10和13。電極5和14以及6和15在所示的充電位置彼此相對布置。電容器20的電容從而急劇改變，并且可檢測電容變化作為牙刷2在充電位置存在的信號。電動牙刷2的電容性短路機構(gòu)的電極14和15通過連接線11彼此相連接，其中連接線11可通過開關(guān)12被斷開。由于開關(guān)12的自動啟動，可將信號可從移動電器2傳輸?shù)礁袘?yīng)充電裝置1。為此，或者將交流電壓施加到感應(yīng)充電裝置1的開放式平板電容器的電極 5和6上并測量電極5和6之間的電流或電壓，其中交流電壓有利地具有比被開關(guān)12所數(shù)字編碼的信息的數(shù)據(jù)速率高的頻率，或者將包括電極5和6的電容器連接到電容測量電路， 其中其測量動力有利地高于數(shù)據(jù)速率。下面描述可供感應(yīng)充電裝置使用來檢測移動電器是否處于充電位置的其它設(shè)計。這樣一種設(shè)計可為例如其中將光學(xué)信號的發(fā)射器和接收器布置在感應(yīng)充電裝置中的系統(tǒng)。移動電器具有反射器，當移動電器存在時，該反射器反射從發(fā)射器到反射器的信
10號。反射器可被構(gòu)形成平面反射器。當移動電器正在充電時，反射器被布置在移動電器中的與感應(yīng)充電裝置中凹陷部的底部相對的某一點處以適應(yīng)移動電器。作為另外一種選擇， 反射器可被布置在移動電器上的某一點，當移動電器處于凹陷部中以用于充電目的時，其與凹陷部的側(cè)壁之一相對。發(fā)射器和/或接收器每個均被布置成與凹陷部中的反射器相對?？蓪⒎瓷淦髟O(shè)計成回反射器，以便在這種情況下，接收器和發(fā)射器可緊挨著彼此進行布置。在另一個實施方案中，光學(xué)信號的發(fā)射器和接收器同樣被布置在感應(yīng)充電裝置中，其中由移動電器中的發(fā)射器所發(fā)射的光進入彎曲的導(dǎo)光板，其使光轉(zhuǎn)向180°并將光發(fā)送回到感應(yīng)充電裝置，其中接收器被布置成使其被反射回的光沖擊。為了發(fā)送移動電器的充電狀態(tài)，可通過靜態(tài)或閃光信號由移動電器中的光學(xué)發(fā)射器發(fā)送例如處于編碼中的相應(yīng)信息。在另一個實施方案中，將色彩標記放置在移動電器上，并且當移動電器處于充電位置時，這個色彩標記被感應(yīng)充電裝置中的色彩檢測傳感器檢測到。在另一個實施方案中，移動電器上的光二極管指示它的充電狀態(tài)。所發(fā)射的光被接收器檢測到，接收器被布置在感應(yīng)充電裝置中并發(fā)出移動電器在充電位置存在的信號。在另一個實施方案中，移動電器的重力是由壓電元件或者用觸頭墊片進行檢測， 壓電元件及觸頭墊片中的任一個被布置在感應(yīng)充電裝置中。此外，移動電器可具有電磁轉(zhuǎn)調(diào)器(RFID標記)，其被感應(yīng)充電裝置中的查詢機構(gòu)所查詢。來自RFID標記的應(yīng)答指示移動電器處于其充電位置。在包括感應(yīng)充電裝置和移動電器的系統(tǒng)中，超聲接收器被布置在感應(yīng)充電裝置上并且超聲發(fā)射器被布置在移動電器上。這使感應(yīng)充電裝置能夠監(jiān)測超聲信號是否正在被移動電器發(fā)送。當接收到超聲信號時，監(jiān)測的結(jié)果是指示移動電器在充電位置存在的信號。信號可被編碼以便其它超聲信號可僅以低水平的可能性觸發(fā)信號。此外，移動電器可通過超聲連接將數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁袘?yīng)充電裝置。通信可通過空氣發(fā)生。發(fā)射器和接收器可包含壓電材料作為電信號和超聲信號之間的轉(zhuǎn)換器。在另一個實施方案中，來自移動電器的超聲信號被耦合到作為超聲信號傳送元件的實心結(jié)構(gòu)上。所述元件接觸接收器或形成感應(yīng)充電裝置的一部分的另一個用于超聲的傳送元件，并與超聲接收器相連，以使超聲被傳送至超聲接收器。如果移動電器被放置在充電位置，這個步驟通過前述元件為超聲信號在移動電器和感應(yīng)充電裝置之間建立連接。超聲接著通過由實心結(jié)構(gòu)所載送的聲音進行傳送。有利的是，在超聲發(fā)射器和超聲檢測器之間用于超聲信號的連接被足夠剛性地執(zhí)行和/或具有低阻尼，尤其是在連接點處(當將移動電器從充電位置移開時，連接點是分開的)，使得在接收器處接收超聲信號是可能的。感應(yīng)充電裝置和移動電器可裝備有附加的一對相應(yīng)線圈。通過這些線圈，可將信號從移動電器傳送到感應(yīng)充電裝置，其顯示移動電器處于充電位置。此外，可通過相應(yīng)線圈在兩個方向上傳送信息。附加的一對線圈優(yōu)選地以不同于用于能量傳輸?shù)念l率運行，以防止失靈。有利的是，附加線圈的頻率不是能量傳輸?shù)念l率的整數(shù)倍或者具有小整除數(shù)的分數(shù)例如一半、三分之一、四分之一、五分之一等。在另一個構(gòu)型中，除了用于能量傳輸?shù)木€圈之外，還將一個單獨的線圈添加到感應(yīng)充電裝置。將材料例如鐵氧體磁芯布置在移動電器中，并且所述材料可用來改變單獨線圈的感應(yīng)率。所述線圈優(yōu)選地被布置在感應(yīng)充電裝置中，使得當將移動電器布置在充電位
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置時鐵氧體磁芯等位于線圈附近?？刹捎昧硪环N鐵磁體尤其是軟磁材料例如鐵、鋼、鎳或鈷或者具有這些材料中的一種的合金代替鐵氧體磁芯。單獨的線圈也可被設(shè)計成具有測量電子器件，以便評估電路對因線圈外部的渦流而產(chǎn)生的能量損失作出反應(yīng)。這是用于金屬檢測器的現(xiàn)有技術(shù)?？蓪⒁粔K金屬或另一種導(dǎo)電材料布置在移動電器之內(nèi)或之上并且當移動電器處于充電位置時，這塊材料位于其中單獨的線圈在導(dǎo)電材料中引發(fā)渦流的某一區(qū)域中?？蓪⒁粋€磁通脈沖磁力儀布置在感應(yīng)充電裝置中，其中將具有明顯剩余感應(yīng)的材料例如永磁材料布置在移動電器中。有利的是，具有剩余感應(yīng)的材料被布置在磁通脈沖磁力儀的檢測區(qū)域中，以便所述磁力儀上的信號變化指示移動電器在充電位置的存在。在一個實施方案中，可將一個線圈布置在移動裝置中，其生成磁場。這個磁場有利地由磁通脈沖磁力儀或用霍爾探頭來測量。有利的是，可通過改變磁場的強度來將信息從移動電器傳送到感應(yīng)充電裝置。信息有利地作為磁通脈沖磁力儀或霍爾探頭上的數(shù)字數(shù)據(jù)而存在。在另一個感應(yīng)充電裝置中，將具有活動磁芯的單獨線圈布置在感應(yīng)充電裝置中， 并且當移動電器處于充電位置并且單獨的線圈被去諧時，通過移動電器的重量移動所述磁芯。這種去諧可用相應(yīng)的接收器電路進行檢測并用作移動電器在充電位置存在的信號。在另一個裝置中，在感應(yīng)充電裝置中布置了機械開關(guān)，并且當移動電器處在充電位置時，通過移動電器的重量來啟動所述開關(guān)。所述開關(guān)可設(shè)置在感應(yīng)充電裝置的表面上的柔軟區(qū)下方，其中當啟動開關(guān)時使柔軟區(qū)變形。當移動電器處于充電位置時，電開關(guān)接通能量傳輸，并且當移動電器未處在充電位置時，斷開能量傳輸。移動電器的重力的影響可通過將開關(guān)布置在楔形或圓錐形力增強型裝置的壁上而得到增強，其中插入了相應(yīng)的反楔塊 (其形成移動電器的一部分)。這也增加了可靠性，因為當經(jīng)受振動時它將不會被無意觸發(fā)。感應(yīng)充電裝置可在其表面上具有柔軟區(qū)，移動電器的重力通過柔軟區(qū)被轉(zhuǎn)移到應(yīng)變儀，應(yīng)變儀被布置在感應(yīng)充電裝置的內(nèi)部。移動電器在感應(yīng)充電裝置中的存在可通過應(yīng)變儀的性質(zhì)上的變化進行檢測。在另一個實施方案中，電容器處于移動電器中，并且所述電容器與線圈形成振蕩電路，線圈也被布置在移動電器中，其中所述線圈與感應(yīng)充電裝置中的第二線圈以磁性方式相互作用。感應(yīng)充電裝置中的線圈被集成進振蕩電路中。移動電器中的電容器被設(shè)計和連接成使其影響感應(yīng)充電裝置中的振蕩電路以便它不再振蕩。由于振蕩的終止，可在感應(yīng)充電裝置中關(guān)于移動電器是否處于充電位置而作出判斷。有利的是，電容器和移動電器的影響是可切換的，這樣通過啟動相應(yīng)的開關(guān)功能，數(shù)據(jù)可由于感應(yīng)充電裝置中振蕩器的接通和斷開而被傳輸。本文所公開的量綱和值不旨在被理解為嚴格地限于所述的精確值。相反，除非另外指明，每個這樣的量綱均是指所引用數(shù)值和圍繞那個數(shù)值的功能上等同的范圍。例如，公開為“40mm”的量綱旨在表示“約40mm”。附圖標號列表1感應(yīng)充電裝置2電動牙刷3來自感應(yīng)充電裝置的線圈
4來自電動牙刷的線圈5感應(yīng)充電裝置的電容器的第一電極6感應(yīng)充電裝置的電容器的第二電極7電介質(zhì)8用于改變電容的機構(gòu)9薄區(qū)[也稱為具有相同附圖標號的“薄區(qū)”]10 電場11連接線12 開關(guān)13 電場14電容性短路機構(gòu)的第一電極15電容性短路機構(gòu)的第二電極16控制器17電容器18感應(yīng)充電裝置的外殼19感應(yīng)充電裝置的外殼中的凹陷部20開放式平板電容器21移動電器的外殼22外殼21的外殼突出23蓄電池
權(quán)利要求
1.一種用于給移動電器( 的蓄能器充電的感應(yīng)充電裝置(1)，所述感應(yīng)充電裝置具有用于能量傳輸?shù)木€圈⑷；和用于能量傳輸?shù)目刂破?16)，其特征在于，所述控制器(16)連接到具有可變電容的電容器(17，20)，其中所述電容器(17，20)被設(shè)計成使得其電容根據(jù)所述移動電器( 是否處于充電位置而變化。
2.如權(quán)利要求1所述的感應(yīng)充電裝置(1)，其特征在于，所述電容器(17，20)具有至少兩個電極(5，6)，其中電介質(zhì)(7)至少部分地在所述電極(5，6)之間延伸，并且介電常數(shù)能夠通過在所述電介質(zhì)(7)上施加力或通過場對所述電介質(zhì)(7)的影響來改變，其中所述力或所述場取決于所述移動電器(2)是否被布置在所述充電位置。
3.如前述任一項權(quán)利要求所述的感應(yīng)充電裝置(1)，其特征在于，所述電容器(17)具有至少兩個電極(5，6)，其中電介質(zhì)(7)至少部分地在所述電極(5，6)之間延伸，其中所述電介質(zhì)(7)是至少部分地可置換的，并且其中介于所述電極(5，6)之間的電介質(zhì)(7)取決于所述移動電器(2)是否被布置在所述充電位置。
4.如前述任一項權(quán)利要求所述的感應(yīng)充電裝置(1)，其特征在于，所述電容器(17)具有至少兩個電極(5，6)，所述至少兩個電極(5，6)相對于彼此的相對位置和/或其形式能夠被改變，其中所述相對位置和/或形式取決于所述移動電器(2)是否處于所述充電位置。
5.如前述任一項權(quán)利要求所述的感應(yīng)充電裝置(1)，其特征在于，所述感應(yīng)充電裝置具有外殼(18)，其中具有至少兩個電極(5，6)和電介質(zhì)的電容器(17)被布置在所述外殼中，并且其中所述外殼(18)具有可變形的部分(9)，所述可變形的部分(9)使得力能夠從外部施加到所述電介質(zhì)(7)上或所述電極(5，6)中的至少一個上。
6.如前述任一項權(quán)利要求所述的感應(yīng)充電裝置(1)，其特征在于，所述感應(yīng)充電裝置具有外殼(18)，其中所述具有至少兩個電極(5，6)的電容器(17)被布置在外殼中，其中所述外殼(18)被設(shè)計成使得在所述電極(5，6)之間設(shè)置從外部可進入的凹陷部(19)，并且所述移動電器O)的一部分能夠被放置到所述凹陷部中。
7.如前述任一項權(quán)利要求所述的感應(yīng)充電裝置(1)，其特征在于，所述感應(yīng)充電裝置具有外殼(18)，其中所述電容器被設(shè)計成具有至少兩個電極(5，6)的開放式平板電容器 (19)，其中當所述裝置工作時，所述電容器(19)的電場至少部分地在所述外殼的外部延伸。
8.如前述任一項權(quán)利要求所述的感應(yīng)充電裝置(1)，其特征在于，所述控制器(16)被配置成使得所述控制器檢測在所述裝置的運行期間所述電容器(17，20)的電容并根據(jù)所述電容器(17，20)的電容來控制能量傳輸。
9.一種具有如權(quán)利要求1至8中任一項所述的感應(yīng)充電裝置(1)和移動電器(2)的系統(tǒng)，其中所述移動電器(2)具有用于能量傳輸?shù)木€圈(3)和連接到所述線圈的蓄能器03)， 其中所述移動電器O)能夠被定位在充電位置，使得在所述線圈(3，4)的幫助下能夠?qū)⒛芰繌乃龈袘?yīng)充電裝置(1)傳送到所述移動電器O)的蓄能器(23)，并且其中所述移動電器(2)具有機構(gòu)(8，14，15)，所述機構(gòu)(8，14，15)根據(jù)所述移動電器(2)是否被布置在所述充電位置來改變所述感應(yīng)充電裝置(1)的電容器(17，19)的電容。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述移動電器(2)具有外殼(21)，其中用于改變所述電容的所述機構(gòu)是所述外殼的一部分(8)，所述部分(8)在所述移動電器 (2)被布置在所述充電位置時閂鎖到所述感應(yīng)充電裝置(1)的外殼(18)的柔性部分(9)上并將力施加到所述電容器(17)的至少一個電極(5，6)或電介質(zhì)(7)上。
11.如權(quán)利要求9或權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述移動電器(2)具有外殼 (21)，其中用于改變所述電容的機構(gòu)是所述外殼的一部分(22)，所述部分0 在所述感應(yīng)充電裝置( 被布置在所述充電位置時閂鎖到所述感應(yīng)充電裝置(1)的外殼(18)中的凹陷部(19)上。
12.如前述任一項權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述移動電器(2)具有外殼 (21)，其中用于改變所述電容的機構(gòu)是所述外殼的一部分，所述部分在所述感應(yīng)充電裝置( 被布置在充電位置時位于所述電容器(17，20)的場中。
13.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，用于改變所述電容的機構(gòu)具有導(dǎo)電材料部分，所述導(dǎo)電材料部分作為用于所述感應(yīng)充電裝置(1)的電容器OO)的電場(10)的電容性短路機構(gòu)(11，12，14，15)。
14.一種通過具有用于能量傳輸?shù)目刂破?16)的感應(yīng)充電裝置(1)給移動電器(2)的蓄能器充電的方法，其特征在于，在第一步驟中，所述感應(yīng)充電裝置(1)檢測所述感應(yīng)充電裝置(1)的電容器(17，20)的電容，所述電容取決于所述移動電器( 在所述感應(yīng)充電裝置(1)的環(huán)境中的存在，以及在第二步驟中，將所測量結(jié)果與閾值進行比較，以及在第三步驟中，根據(jù)所述比較的結(jié)果啟動或停止所述感應(yīng)充電裝置(1)的線圈(4)與所述移動電器(2)之間的能量傳輸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于給移動電器的蓄能器充電的感應(yīng)充電裝置，所述感應(yīng)充電裝置具有用于能量傳輸?shù)木€圈和用于能量傳輸?shù)目刂破?。為了提供一種其特征在于消耗特別低的能量并且可靠地檢測移動電器的存在的前述類型的感應(yīng)充電裝置，本發(fā)明提出將控制器連接到具有可變電容的電容器，其中所述電容器被設(shè)計成使其電容根據(jù)移動電器是否被布置在充電位置而改變。
文檔編號H02J7/00GK102422502SQ201080020391
公開日2012年4月18日 申請日期2010年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月13日
發(fā)明者J·萊波爾, P·卓溫斯基, P·榮格, 亞歷山大·赫什爾, 利奧·法蘭達, 托馬斯·霍曼, 溫弗里德·西曼, 諾貝特·謝弗 申請人:博朗有限公司