充电设备和将双模式磁耦合用于汽车车辆的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于用磁耦合对移动终端充电的设备（10），包括被设计成在第一充电频率下形成充电信号的第一充电模块（11）、由一组匝组成的初级线圈（13）、铁磁体（14）、被设计成在高于第一充电频率的第二充电频率下形成充电信号的第二充电模块（12）。此外，所述充电设备包括被设计成向/从第一充电模块（11）和向/从第二充电模块（12）连接/断开初级线圈（13）的第一路由装置（150）、用于调整初级线圈（13）上的匝数的装置（16）和用于在第二充电频率下使铁磁体（14）饱和的装置（19）。本发明还涉及一种充电方法。
【专利说明】充电设备和将双模式磁耦合用于汽车车辆的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于用磁耦合对移动终端充电的设备和方法。本发明在车载地安装在汽车车辆上的充电设备中具有一个特别有利的应用，虽然这绝不是限制性的。
【背景技术】
[0002]使得能够无线地对移动终端(移动电话、膝上计算机、触摸屏平板电脑、数字式照相机等)充电的使用磁耦合的充电设备正在变得越来越普遍。
[0003]按照惯例，使用磁耦合的充电设备包括导电线圈，称为“初级线圈”，其被连接到充电模块。当对移动终端充电时，充电模块形成充电信号，其在初级线圈中实现电流流动，该电流的强度随时间而变。这样被供电的初级线圈生成可变磁场。
[0004]移动终端包括接收机模块，其包括导电线圈，称为“次级线圈”。当所述次级线圈被放置在由初级线圈形成的可变磁场中时，在所述次级线圈中感应电流。此电流允许对被连接到次级线圈的蓄电器充电，因此向移动终端供应电流。
[0005]使已知根据上文所述一般原理操作的使用磁耦合的多个类型的充电设备，特别是由以下各项定义的那些:
?WPC (无线充电联盟)联盟，其定义原则上使用在100和200千赫兹(kHz)范围内的充电频率的充电设备，称为“磁感应”设备，
?A4WP (用于“Alliance for Wireless Power (无线电源联盟)”的缩写)联盟,其定义原则上使用在6和7兆赫兹(MHz)范围内的充电频率的充电设备，称为“磁共振”设备。
[0006]为了提供与所有移动终端的互操作性，目前需要使用双模式磁耦合的充电设备，换言之，与由WPC联盟定义的要求且与A4WP联盟定义的要求两者都兼容。
[0007]然而，与WPC和A4WP联盟(为了简化起见，在以下部分中，将把其称为WPC初级线圈和A4WP初级线圈)的需要兼容的要求具有非常不同的特性。特别地，WPC初级线圈一般地与铁磁体相关联，其可能与A4WP初级线圈的操作相干扰，使得WPC和A4WP初级线圈不能被容易地共同放置。然后必须将WPC和A4WP充电表面分离，并且因此存在对移动终端的定位的约束，取决于其是装配有WPC还是A4WP接收机模块。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是通过提供一种解决方案来克服现有技术的解决方案的限制中的全部或一部分，特别是上文提出的那些，所述解决方案允许获得使用磁耦合的双模式充电设备，其具有用于WPC和A4WP充电模块的单个充电表面。
[0009]出于此目的，并且根据第一方面，本发明涉及一种用于用磁耦合来对移动终端充电的设备，包括被设计成在第一充电频率下形成充电信号的第一充电模块、由一组匝组成的初级线圈、与所述初级线圈相关联的铁磁体、被设计成在高于第一充电频率的第二充电频率下形成充电信号的第二充电模块。此外，充电设备包括:
?第一路由装置，被设计成向/从第一充电模块和向/从第二充电模块连接/断开初级线圈，
?用于调整初级线圈上的匝数的装置，被设计成激活/禁用初级线圈上的可去激活匝的子集，
?用于使铁磁体饱和的装置，被设计成在所述铁磁体内减少当初级线圈被连接到第二充电模块时由初级线圈形成的磁场。
[0010]由于第一路由装置，初级线圈在第一充电模块与第二充电模块之间被共享，其方式为可以在同一充电表面上对移动终端充电。
[0011]铁磁体允许改善由第一充电模块进行充电的效率，其充电频率较低。然而，铁磁体的存在可以降低由第二充电模块进行充电的效率，其充电频率较高。由于饱和装置，减少了由铁磁体感应的干扰，并且甚至在存在铁磁体的情况下可以实现由第二充电模块进行的充电。
[0012]此外，用于调整匝数的装置允许根据所使用的充电模块且因此根据所使用的充电频率来修改匝数。
[0013]在特定实施例中，充电设备可进一步包括单独地或根据所有技术可能组合所取的以下特征的一个或多个。
[0014]在一个特定实施例中，饱和装置包含相对于铁磁体而言布置在与初级线圈相对的一侧上的无源谐振器电路。
[0015]在一个特定实施例中，每个无源谐振器电路由饱和线圈和电容器形成。
[0016]在一个特定实施例中，无源谐振器电路被布置成从而覆盖铁磁体的整个表面。
[0017]在一个特定实施例中，充电设备包括用于使初级线圈的谐振频率与第一充电频率匹配的第一电路以及用于使初级线圈的谐振频率与第二充电频率匹配的第二电路、以及第二路由装置，该第二路由装置进一步被设计成向/从第一匹配电路和向/从第二匹配电路连接/断开初级线圈。
[0018]根据第二方面，本发明涉及一种包括根据本发明的充电设备的汽车车辆。
[0019]根据第三方面，本发明涉及一种用于借助于根据本发明的充电设备用磁耦合对移动终端充电的方法，其中:
?当将以第一充电频率对移动终端充电时，将初级线圈连接到第一充电模块并将所述初级线圈的匝的可去激活子集激活，
?当将以第二充电频率对移动终端充电时，将初级线圈连接到第二充电模块并禁用所述初级线圈上的匝的可去激活子集。
[0020]在特定实施例中，充电过程此外可包括单独地或根据所有技术可能组合所取的以下特征的一个或多个。
[0021]在一个特定实施例中:
?当将以第一充电频率对移动终端充电时，将初级线圈连接到第一电路以使所述初级线圈的谐振频率与第一充电频率匹配，
?当将以第二充电频率对移动终端充电时，将初级线圈连接到第二电路以使初级线圈的谐振频率与第二充电频率匹配。
[0022]在一个特定实施例中，借助于连接到第二充电模块的初级线圈来执行对要充电的移动终端的存在的搜索。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]在阅读以非限制性示例的方式给出的以下描述并参考附图来呈现时，将更好地理解本发明，附图示出了:
-图1:充电设备的一个示例性实施例的示意图，
-图2、3和4:图1中的充电设备的一个优选实施例的不同部分视图。
[0024]在这些图中，从一个图到另一个图相同的附图标记表示相同或类似的元件。为了明了起见，不按比例地示出了元件，除非是在具体说明的情况下。
【具体实施方式】
[0025]图1示意性地示出了用于用磁耦合对移动终端充电的设备10的一个示例性实施例。
[0026]充电设备10例如被车载地安装在汽车车辆(未示出)上。移动终端(未示出)例如是移动电话、膝上计算机、触摸屏平板电脑、数字式照相机等。
[0027]充电设备10包括被设计成在第一充电频率Fl下形成充电信号的第一充电模块
11。在本描述的以下部分中，考虑非限制性情况，其中，第一充电模块11是WPC充电模块11，第一充电频率Fl在100和200kHz范围内。
[0028]充电设备10还包括至少一个初级线圈13，与WPC充电模块11相关联，由一组Nt匝组成。为了优化第一充电频率Fl下的充电，充电设备10还包括铁磁体，例如铁氧体14，其磁性针对第一充电频率Fl下的操作而被优化。换言之,在第一充电频率Fl下,铁氧体14相对于由被连接到WPC充电模块11的初级线圈13形成的磁场而起到反射镜的作用。
[0029]用于用磁稱合来充电的设备10是双模式设备,换言之被设计成在两个不同充电频率下对移动终端充电。出于此目的，充电设备10包括被设计成在高于第一充电频率Fl的第二充电频率F2下形成充电信号的第二充电模块12。在本描述的以下部分中，考虑非限制性情况，其中，第二充电模块12是A4WP充电模块12，第二充电频率F2在6和7MHz之间的范围内。
[0030]此外，并且根据本发明，在第二充电频率F2下的充电情况下也使用初级线圈13。[0031 ] 出于此目的，充电设备10包括被设计成向/从WPC充电模块11连接/断开初级线圈13以及向/从A4WP充电模块12连接/断开初级线圈13的第一路由装置150。
[0032]在图1中所示的非限制性示例中，第一路由装置特别地出于此目的而包括选择器电路150，其被设计成将初级线圈13连接到WPC充电模块11或A4WP充电模块12。所述选择器电路150使得当初级线圈13被连接到WPC充电模块11 (或者说A4WP充电模块12)时，所述初级线圈同时地从A4WP充电模块12 (或者说从WPC充电模块11)断开。
[0033]图1中所示的充电设备10还包括用于根据所述初级线圈13是被连接到WPC充电模块11还是被连接到A4WP充电模块12而调整初级线圈13上的匝数的装置16。
[0034]事实上，考虑到第一和第二充电频率Fl和F2的各自值，由WPC联盟推荐的初级线圈13所需的匝数不同于由A4WP联盟推荐的。更特别地，由WPC联盟定义的匝数大于由A4WP联盟定义的匝数。
[0035]结果，初级线圈13上的匝数Nt被选择成适合于与WPC充电模块11相关联的操作。初级线圈13上的Nt匝被划分成匝的两个互补子集:
?包括NI匝的第一子集(NI匝是可去激活的)，
?包括N2匝的第二子集。
[0036]第二子集上的匝数N2被选择成适合于与A4WP充电模块12相关联的操作，并且用于调整匝数的装置16被设计成激活/禁用初级线圈13的第一子集上的NI匝。
[0037]换言之,用于调整匝数的装置16允许操作从用于A4WP充电模块12的N2匝切换至用于用WPC充电模块11进行的操作的Nt匝，并且反之亦然。
[0038]在图1中所示的非限制性示例中，用于调整匝数的装置特别地出于此目的而包括选择器电路16，其被设计成将在初级线圈13下游的任何部件连接到初级线圈13的两个不同输出端:
?第一输出端131，相对于初级线圈13的输入端130以初级线圈13上的全部Nt匝被激活的方式布置，
?第二输出端132，相对于输入端130以初级线圈13的第二子集的仅N2匝被激活的方式布置，第一子集的NI匝然后被禁用。
[0039]图1示出了一个特定实施例，其中，充电设备10进一步包括:
-第一电路17，用于使初级线圈13的谐振频率(全部N匝被激活)与第一充电频率Fl匹配，
-第二电路18，用于使初级线圈13的谐振频率(第一子集的NI匝被禁用)与第二充电频率F2匹配。
[0040]短语“使谐振频率与第一充电频率Fl匹配”(相应地第二充电频率F2)被理解成意指由第一匹配电路17 (相应地第二匹配电路18)和初级线圈13形成的组件的谐振频率等于或接近于所述第一充电频率Fl (相应地所述第二充电频率F2)。短语“接近于充电频率”(第一充电频率Fl或第二充电频率F2)例如被理解成意指所述谐振频率与充电频率分离得小于10%的所述充电频率。
[0041]在图1中所示的非限制性示例中，第一匹配电路17和第二匹配电路18均包括电容器，分别地为170和180，值被设计成使初级线圈13的谐振频率分别地与第一充电频率Fl和第二充电频率F2匹配。根据在这里并未详述的其他示例，不存在不能包括其他部件的原因。
[0042]此外，第二路由装置151被设计成向/从第一匹配电路17连接/断开初级线圈13以及向/从第二匹配电路18连接/断开所述初级线圈13。
[0043]在图1中所示的非限制性示例中，所述第二路由装置151出于此目的而包括用于谐振频率匹配电路的选择器电路151，被设计成将初级线圈13的输出端(借助于用于调整匝数的装置16，其为第一输出端131或第二输出端132)连接到第一匹配电路17或第二匹配电路18。
[0044]充电设备10还包括用于使铁氧体14饱和的装置19，被设计成在所述铁氧体14内减小当所述初级线圈被连接到A4WP充电模块12时由初级线圈13形成的磁场。
[0045]事实上，在用磁感应(WPC)进行充电的情况下需要铁氧体14，以便改善充电过程的效率且特别是充电设备的范围。在用磁共振(A4WP)充电的情况下不再要求铁氧体14，并且相反地其存在可以产生干扰效果。通过使铁氧体14饱和，趋向于抑制其磁性，如在借助于A4WP充电模块12进行的移动终端充电期间产生的潜在干扰效果那样。
[0046]图1示出了充电设备10的一个优选实施例，其中，饱和装置19包括具有接近于第二充电频率F2的谐振频率的无源谐振器电路19。无源谐振器电路19相对于铁氧体14被进一步布置在与初级线圈13相对的一侧上，优选地与所述铁氧体14接触。当无源谐振器电路19和初级线圈13接近且因此在其之间展示出强耦合时，后者被有利地构造成使得由所述无源谐振器电路19和所述初级线圈13形成的组件具有等于第二充电频率F2的谐振频率。
[0047]在图1中所示的示例中，每个无源谐振器电路19由饱和线圈190和电容器191形成。
[0048]当初级线圈13被连接到A4WP充电模块12 (第一子集的NI匝被禁用)时，在所述初级线圈13的任一侧上产生可变磁场。针对充电频率Fl下的操作被优化的铁氧体14允许磁场的一部分，通过其在饱和线圈190中生成感应电流。饱和线圈190中的这些感应电流的流动也产生磁场，其趋向于与由初级线圈13形成的磁场相对，并且因此趋向于使铁氧体14饱和。通过修改饱和线圈190和电容器191的特性，可以进一步使得由所述饱和线圈190形成的超过铁氧体14的磁场可忽略，以便其不与移动终端的充电相干扰。
[0049]图2、3和4示出了图1中的充电设备10的一个优选实施例的部分视图，其中，以各印刷电路轨道20和21的形式来制造初级线圈13和饱和线圈190。
[0050]图2示出了所述集成电路20和21的截面图，在其之间布置了铁氧体14。
[0051]图3示出了从初级线圈13的侧面看的集成电路20、21的顶视图。如图3中所示，被设计成连接到WPC充电模块11或A4WP充电模块12的初级线圈13的输入端130，以及第二输出端132是以初级线圈13的第二子集的N2匝对应于最大匝的方式布置的。此类部署允许改善借助于A4WP充电模块12进行的充电的性能。
[0052]图4示出了在饱和线圈190的侧面的集成电路20、21的顶视图。在图4中，也将铁氧体14的轮廓示为短划线。如图4中所示，所述饱和线圈190被有利地布置成从而覆盖铁氧体14的整个表面，以便改善第二充电频率F2下的所述铁氧体14的饱和。
[0053]本发明还涉及一种用于借助于诸如图1中所示的充电设备10用磁耦合对移动终端充电的方法。例如借助于控制模块(未示出)来执行充电方法的各种步骤，该控制模块特别地控制第一和第二路由装置151和用于调整初级线圈13上的匝数的装置16。
[0054]一般而言，当要在第一充电频率Fl下对移动终端充电时，控制模块命令第一路由装置150，从而将初级线圈13连接到WPC充电模块11，并且命令用于调整匝数的装置16，从而激活初级线圈13的第一子集的NI匝。当要在第二充电频率F2下对移动终端充电时，控制模块命令第一路由装置150从而将初级线圈13连接到A4WP充电模块12，并且命令用于调整匝数的装置16从而禁用初级线圈13的第一子集的NI匝。
[0055]在图1中的充电设备10的情况下，其包括第一匹配电路17和第二匹配电路18:
?当要在第一充电频率Fl下对移动终端充电时，控制模块命令路由装置151从而将初级线圈13连接到第一匹配电路17，
?当要在第二充电频率F2下对移动终端充电时，控制模块命令路由装置151从而将初级线圈13连接到第二匹配电路18。
[0056]在一个优选实施例中，充电方法作为默认使用A4WP充电模块12以便搜索接近于充电设备10的充电表面的移动终端的存在。
[0057]此类部署由于这样的事实而是有利的，即用于通过磁共振进行充电的设备比使用磁感应的充电设备具有更长的范围。接近于充电设备10的充电表面的移动终端的存在将与由初级线圈13产生的磁场相干扰，无论车载地安装在所述移动终端上的接收机模块的类型是什么(WPC或A4WP)。此干扰将能够被检测并被视为由接近于充电表面的移动终端的存在感应。充电设备10然后将能够通过连续地激活WPC充电模块11和A4WP充电模块12而确定所检测的移动终端是装配有WPC还是A4WP接收机模块。
[0058]一般而言，应注意的是已以非限制性示例的方式描述了上文所考虑的实施例，并且因此可设想其他变体。
[0059]特别地，已通过考虑由无源谐振器电路形成的饱和装置来描述本发明。根据其他示例，不存在其他类型的装置不可用于使铁磁体14饱和的原因，包括有源饱和装置。
【权利要求】
1.一种用于用磁耦合对移动终端充电的设备(10)，包括被设计成在第一充电频率(Fl)下形成充电信号的第一充电模块(11)、由一组阻组成的初级线圈(13)、铁磁体(14)、被设计成在高于第一充电频率(Fl)的第二充电频率(F2)下形成充电信号的第二充电模块(12)，其特征在于其包括: ?第一路由装置(150),被设计成向/从第一充电模块(11)和向/从第二充电模块(12)连接/断开初级线圈(13)， ?用于调整初级线圈(13)的匝数(NT，N2)的装置(16)，被设计成激活/禁用初级线圈(13)的匝的可去激活子集(NI)， ?用于使铁磁体(14)饱和的装置(19)，被设计成在所述铁磁体(14)内减小当所述初级线圈(13)被连接到第二充电模块(12)时由初级线圈(13)形成的磁场。
2.如权利要求1所述的设备(10)，其特征在于所述饱和装置(19)包括相对于铁磁体(14)被布置在与初级线圈(13)相对的一侧上的无源谐振器电路(19)。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于每个无源谐振器电路(19)由饱和线圈(190)和电容器(191)形成。
4.如权利要求2和3中的任一项所述的设备(10)，其特征在于所述无源谐振器电路(19)被布置成从而覆盖铁磁体(14)的整个表面。
5.如前述权利要求中的任一项所述的设备(10)，其特征在于其包括用于使初级线圈(13)的谐振频率与第一充电频率(Fl)匹配的第一电路(17)以及用于使初级线圈(13)的谐振频率与第二充电频率(F2)匹配的第二电路(18)以及第二路由装置(151)，该第二路由装置(151)进一步被设计成向/从第一匹配电路(17 )和向/从第二匹配电路(18 )连接/断开初级线圈(13)。
6.如前述权利要求中的任一项所述的设备(10),其特征在于第一充电模块(11)是与WPC联盟兼容的充电模块且第二充电模块(12)是与A4WP联盟兼容的模块。
7.一种包括如前述权利要求中的任一项所述的充电设备(10)的汽车车辆。
8.一种用于借助于如权利要求1所述的充电设备(10)用磁耦合对移动终端充电的方法，其特征在于: ?当要在第一充电频率(Fl)下对移动终端充电时，将初级线圈(13)连接到第一充电模块(11)并激活所述初级线圈(13)的可去激活匝(NI)的子集， ?当要在第二充电频率(F2 )下对移动终端充电时，将初级线圈(13 )连接到第二充电模块(12)并禁用所述初级线圈(13)的可去激活匝(NI)的子集。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于: ?当要在第一充电频率(Fl)下对移动终端充电时，将初级线圈(13)连接到用于使所述初级线圈(13)的谐振频率与第一充电频率(Fl)匹配的第一电路(17)， ?当要在第二充电频率(F2 )下对移动终端充电时，将初级线圈(13 )连接到用于使所述初级线圈(13)的谐振频率与第二充电频率(F2)匹配的第二电路(18)。
10.如权利要求8和9中的任一项所述的方法，其特征在于借助于连接到第二充电模块(12)的初级线圈(13)来执行对要充电的移动终端的存在的搜索。
【文档编号】H02J17/00GK104426212SQ201410434103
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2013年8月30日
【发明者】M.凯克, S.凯斯勒, S.布盖 申请人:法国大陆汽车公司, 大陆汽车有限公司