具有單個(gè)電池單元操作和電池儲(chǔ)備的非接觸式分配器的制造方法
【專利摘要】一種電動(dòng)設(shè)備，包括至少一個(gè)電動(dòng)組件和具有至少兩個(gè)電池單元的電源。一個(gè)電池單元為電動(dòng)組件供電并且剩余電池單元保持備用。控制電路被連接至電動(dòng)組件和電源?？刂齐娐钒刂破骱蜕龎赫{(diào)節(jié)電路，控制器產(chǎn)生充電信號(hào)，升壓調(diào)節(jié)電路被連接至從電源接收功率的控制器并產(chǎn)生用于轉(zhuǎn)換成充電信號(hào)的升壓信號(hào)。電容器被連接至控制器并接收充電信號(hào)以及向電動(dòng)組件提供預(yù)定電壓。升壓調(diào)節(jié)電路和控制器檢測(cè)電源并且當(dāng)電池單元被完全耗盡時(shí)從保持備用的剩余電池單元中的一個(gè)電池單元抽取功率。
【專利說(shuō)明】具有單個(gè)電池單元操作和電池儲(chǔ)備的非接觸式分配器
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2011年7月I日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列N0.13/175，027的優(yōu)先權(quán)，并且其通過(guò)引用被合并于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]通常，本發(fā)明針對(duì)一種電動(dòng)的非接觸式流體分配器。尤其，本發(fā)明提供一種電池儲(chǔ)備(battery banking)特征,其確保在切換至第二電池(電池單元(cell))之前,一個(gè)電池(電池單元)完全耗盡。特別地，本發(fā)明針對(duì)一種電池操作的非接觸式流體分配器，該分配器利用超級(jí)電容器來(lái)操作以控制器為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)向該分配器提供一致的電力直至電池被完全耗盡，隨之控制器才切換至另一電池。
【背景技術(shù)】
[0004]有時(shí)被稱為非接觸式分配器的免手提分配器在本領(lǐng)域中是眾所周知的。許多分配器是電池供電的，這允許它們被便利地放置在幾乎任何地方而無(wú)需連接至供電裝置。當(dāng)然，還被稱為電池單元的電池在運(yùn)行了一段時(shí)期后需要更換該電池。如果電池沒(méi)有被及時(shí)更換，則致使分配器不起作用。解決該問(wèn)題的一種方法是根據(jù)預(yù)定時(shí)間表來(lái)更換電池。然而，因?yàn)楸桓鼡Q電池的整個(gè)壽命未被使用而被視為浪費(fèi)。
[0005]可替代的解決方案是為分配器提供電池備份系統(tǒng)。在這種配置中，當(dāng)?shù)谝皇褂玫碾姵乇煌耆虿糠值胤烹姇r(shí)，分配器切換至第二帶電的電池。盡管改善了，但是電池在其壽命的最后階段中的使用可能仍舊是個(gè)問(wèn)題。特別地，由幾乎耗盡的電池提供的電力等級(jí)可能不足以完全操作被用于分配流體材料的分配系統(tǒng)、電機(jī)和/或泵。因此，可能存在比假設(shè)周期持續(xù)更長(zhǎng)的分配周期或者分配周期可能是間歇性的。使用多個(gè)電池的另一個(gè)缺點(diǎn)是需要它們串聯(lián)連接。如此，與分配器相關(guān)聯(lián)的控制器選擇具有最高電壓值的電池來(lái)操作設(shè)備。這具有要求電池具有相同類型的缺點(diǎn)。當(dāng)串聯(lián)連接時(shí)，一組電池的性能受到最弱電池單元的限制。如此，混合不同類型的電池(串聯(lián)的)可能引起故障。一旦電池中的一個(gè)電池放電，其可能以相反的極性來(lái)充電并導(dǎo)致電池故障甚至可能是分配器故障。在過(guò)去，試圖在串聯(lián)配置中區(qū)分電池類型，這導(dǎo)致了難以實(shí)現(xiàn)和復(fù)雜的電路。因此，需要具有電池備份系統(tǒng)的免手持或非接觸的分配器，該電池備份系統(tǒng)在切換至第二電池之前完全耗盡一個(gè)電池。還需要在無(wú)論剩余電荷值為多少時(shí)都確保實(shí)施完整的操作周期。并且，需要考慮在分配器中使用不同類型的電池。在該技術(shù)中還需要提供指示哪個(gè)電池被完全耗盡以使其可以被更換。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于上述觀點(diǎn)，本發(fā)明的第一方面提供一種具有單個(gè)電池單元操作和電池儲(chǔ)備的非接觸式分配器。
[0007]本發(fā)明的另一方面提供一種電動(dòng)設(shè)備，包括至少一個(gè)電動(dòng)組件；包括至少兩個(gè)電池單元的電源，其中至少一個(gè)電池單元為電動(dòng)組件供電，而剩余電池單元被保持備用；以及連接到至少一個(gè)電動(dòng)組件和電源的控制電路，該控制電路包括控制器、升壓調(diào)節(jié)電路和電容器，控制器產(chǎn)生充電信號(hào)，升壓調(diào)節(jié)電路連接至控制器并接收來(lái)自電源的電力以及產(chǎn)生由控制器接收的用于轉(zhuǎn)換成充電信號(hào)的升壓信號(hào)，電容器被連接至控制器并用于接收來(lái)自控制器的充電信號(hào)，該電容器向電動(dòng)組件提供預(yù)定電壓，升壓調(diào)節(jié)電路和控制器監(jiān)測(cè)電源并當(dāng)一個(gè)電池單元被完全耗盡時(shí)從剩余電池單元中的至少一個(gè)電池單元獲取電力。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]為了透徹理解本發(fā)明的目的、技術(shù)和結(jié)構(gòu)，應(yīng)該參考以下的詳細(xì)描述和附圖，其中:
[0009]圖1是根據(jù)本發(fā)明的概念而制成的分配器的示意圖，其中分配器的蓋子以透視形式示出以示出分配器的內(nèi)部組件；以及
[0010]圖2是根據(jù)本發(fā)明的概念由分配器使用的控制電路的電氣原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]現(xiàn)在參考附圖尤其參考圖1，可以看出根據(jù)本發(fā)明的概念制成的非接觸式分配器通常由數(shù)字10來(lái)表示。盡管本發(fā)明的概念針對(duì)的是非接觸或免手提分配器，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解本發(fā)明還可以被用任何電池操作的或使用非傳統(tǒng)主電源的電源的電力來(lái)為至少一個(gè)電動(dòng)組件供電。在任何情況下，分配器10包括外殼12,該外殼12提供蓋子或門
13,當(dāng)蓋子或門13被打開時(shí),允許技師安裝或更換再充滿容器(refill container) 14。還可以被稱為盒子的容器14包含流體材料，如肥皂、消毒劑或按測(cè)量量分配的其它材料。與再充滿容器14相關(guān)聯(lián)的是噴嘴16，該噴嘴16是從容器到接收流體的對(duì)象(如人的手或其它任何流體被分配至上面的對(duì)象)的導(dǎo)管。分配器10包括被插入在容器14和噴嘴16之間的泵機(jī)構(gòu)18。機(jī)構(gòu)18被連接至驅(qū)動(dòng)泵機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)20，如電機(jī)或螺線管(solenoid)。
[0012]接近傳感器22與外殼12相關(guān)聯(lián)并可以是紅外線、聲音、或電容類型傳感器的形式，其檢測(cè)對(duì)象或人的手的存在?？刂齐娐?4由外殼來(lái)攜帶并被連接至接近傳感器22、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)20和泵機(jī)構(gòu)18。將被更詳細(xì)討論的電源26為傳感器22、控制電路24、泵機(jī)構(gòu)18和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)20提供電力。電源26包括至少兩個(gè)電池，在整個(gè)說(shuō)明書中電池還被稱為電池單
J Li ο
[0013]通常，控制電路24被用于控制與分配器10相關(guān)聯(lián)的電動(dòng)組件。這包括但不限于泵機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳感器22和控制電路24。應(yīng)該理解分配器10的特征可被應(yīng)用于非分配器或不是免提的分配器或設(shè)備的設(shè)備。確實(shí)，本發(fā)明可以與任何依賴于電池或電池單元用于延長(zhǎng)時(shí)間段供電的設(shè)備一起使用。
[0014]現(xiàn)在參考圖2，可以看出分配器10包括控制電路24?？刂齐娐?4包括控制器28，控制器28通常結(jié)合其他電路組件接收輸入并產(chǎn)生輸出?？刂破?8提供實(shí)施控制電路24和分配器10的操作特征的必要硬件、軟件和內(nèi)存。在一種實(shí)施方式中，控制器可以是Silicon Labs部件號(hào)C8051F312。在本實(shí)施方式中，控制器28是如Texas Instruments部件號(hào)MSP430L092提供的“本機(jī)模式(native mode)”的設(shè)備。這種控制器的優(yōu)點(diǎn)是其不利用內(nèi)部電壓升高。本機(jī)模式控制器的優(yōu)點(diǎn)還有它們的功率需求被大大減小。在任何情況下，本控制器被配置成有選擇地允許電荷在兩個(gè)方向流動(dòng)。[0015]還被稱為電池組(battery bank)的電源26包括至少兩個(gè)并聯(lián)連接的電池32和34。術(shù)語(yǔ)“電池”可以指電池單元，其中電池電源意味著電池、太陽(yáng)能板和任何其它電力源。將理解可以在電源中包括多于兩種不同類型的電池單元，其可以是相同類型或不同類型。特別地，電池單元可以是以下多者的混合:堿性類型、鎳氫類型、大容量類型(heavy dutytype)、AA電池、一個(gè)C、一個(gè)D、一個(gè)AAA或任何其它具有不損失分配器中的控制電路和其它組件的功能的電池種類。
[0016]插入在電源26和控制器28之間的是電池單元選擇電路36，電池單元選擇電路36幫助選擇電池以操作控制電路和分配器的相關(guān)組件。選擇電路36包括多個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管38A-D，其中每個(gè)晶體管38產(chǎn)生傳送至控制器28的相應(yīng)的選擇信號(hào)40。將理解每個(gè)晶體管38與可以被包括在電池組中的相應(yīng)的電池單元相關(guān)聯(lián)，并且電源可以提供兩個(gè)附加電池單元(圖2中未示出)。在任何情況下，如果相關(guān)電池單元的電壓等級(jí)對(duì)于相應(yīng)的晶體管38是足夠的，則選擇信號(hào)40由控制器28接收。由選擇信號(hào)40指示的不足的電荷等級(jí)被檢測(cè)到并且因此被控制器28處理。
[0017]電池單元指示電路42被連接在電池單元選擇電路36和控制器28之間，其中電路42指示哪個(gè)電池單元已經(jīng)耗盡或未耗盡。電路42包括提供有合適的后綴A-D的多個(gè)電阻器43，多個(gè)電阻器43被連接至相應(yīng)的發(fā)光二極管(LED)44A-D的陽(yáng)極。每個(gè)電阻器43的其它端通過(guò)指示線50被連接至相應(yīng)的FET38的輸出端。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解其它發(fā)光元件可以被使用以替代LED。連接至LED44A-D陰極的是晶體管46，晶體管46由連接至控制器28的晶體管線48可操作地控制。在大多數(shù)實(shí)施方式中，當(dāng)蓋子13打開時(shí)，晶體管線48是帶電的。當(dāng)然，其它情況可以被用于在晶體管線48上產(chǎn)生信號(hào)，如外部按鈕。在任何情況下，當(dāng)控制器確定特定的電池單元被耗盡時(shí)，適當(dāng)?shù)南鄳?yīng)LED44在外殼被打開時(shí)發(fā)光?？商娲?，如果相應(yīng)的電池單元仍具有充足的電能，則LED44可以發(fā)光。
[0018]控制電路24包括多個(gè)用于實(shí)施分配器10的操作的子電路或特征。尤其，查詢電路54 —旦接收到由控制器產(chǎn)生的查詢信號(hào)56，則產(chǎn)生短程無(wú)線電頻率信號(hào)。該特征確認(rèn)合適的再填充容器在分配器外殼中的存在。在本實(shí)施方式中，再填充容器可以被提供有標(biāo)記或響應(yīng)于RF信號(hào)而產(chǎn)生應(yīng)答信號(hào)的其它類型的響應(yīng)信令設(shè)備。確認(rèn)電路58檢測(cè)應(yīng)答信號(hào)并產(chǎn)生由控制器28接收的確認(rèn)信號(hào)60。在其它實(shí)施方式中，確認(rèn)電路58可以簡(jiǎn)單地檢測(cè)再填充容器是否存在和/或再填充容器是否是有效容器或不是有效容器。如果容器未被批準(zhǔn)，則控制器28不允許分配器其它特征的操作。
[0019]電機(jī)控制電路64被連接至控制器28并經(jīng)由信號(hào)線66接收來(lái)自控制器的操作信號(hào)。電路64提供返回信號(hào)線68以監(jiān)控電機(jī)的操作。電路64激勵(lì)電機(jī)，電機(jī)反過(guò)來(lái)在合適的時(shí)間操作驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)20并根據(jù)分配器的特定操作特征持續(xù)合適的時(shí)間長(zhǎng)度。
[0020]凸輪傳感器電路70被連接至控制器28并經(jīng)由傳感器信號(hào)線72提供電機(jī)和/或機(jī)構(gòu)20位置的檢測(cè)。電路70提供電機(jī)或機(jī)構(gòu)的操作位置的確認(rèn)，以基于關(guān)聯(lián)于此的凸輪的相關(guān)位置確保電機(jī)在合適的時(shí)間關(guān)閉或確保機(jī)構(gòu)停止。也就是說(shuō)，傳感器電路70與連接至電機(jī)的電機(jī)軸或機(jī)構(gòu)的用于檢測(cè)器位置的特征的位置傳感器相關(guān)聯(lián)。如果電路在分配周期期間或分配周期之后不檢測(cè)電機(jī)軸或機(jī)構(gòu)的合適位置，則控制器28實(shí)施合適的校正動(dòng)作。
[0021]接近傳感器電路76被連接至控制器28，其中控制器產(chǎn)生傳感器信號(hào)78以開始紅外線操作或與傳感器22相關(guān)聯(lián)的類似的收發(fā)器的操作。當(dāng)傳感器檢測(cè)到由物體反射的返回信號(hào)的存在時(shí)，接收器電路80也被連接至控制器28。該檢測(cè)事件在接收器線82上被傳送至控制器。也就是說(shuō)，當(dāng)接近傳感器發(fā)射信號(hào)時(shí)，任何返回或反射的信號(hào)被電路80檢測(cè)到并被發(fā)送至控制器28以開始分配周期。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解控制器28以預(yù)定方式產(chǎn)生信號(hào)78以保存電池功率。例如，信號(hào)78可以以降低的周期速率來(lái)操作接近傳感器直至檢測(cè)到物體。速率可以然后在一時(shí)間段內(nèi)被增加，直至物體不再被檢測(cè)到的時(shí)候。
[0022]霍爾開關(guān)84通過(guò)信號(hào)線86被連接至控制器28?；魻栭_關(guān)84被連接至蓋子13，以使得無(wú)論蓋子是否打開都產(chǎn)生合適的信號(hào)。一旦這種信號(hào)被檢測(cè)到，控制器28產(chǎn)生導(dǎo)通晶體管46的/[目號(hào)48。這使得與指不器電路42相關(guān)聯(lián)的LED能夠點(diǎn)売以確定或不出哪個(gè)電池單元已經(jīng)耗盡或未耗盡。
[0023]振蕩電路90通過(guò)信號(hào)線92被連接至控制器28以實(shí)施控制器的操作。技術(shù)人員將理解，振蕩電路90提供合適的時(shí)鐘信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)速率,如32千赫，以便確保控制器的操作。編程頭(programming header)94經(jīng)由頭信號(hào)線96也被連接至控制器28。頭94允許技師或工廠人員調(diào)整控制器用于分配器操作的軟件。
[0024]升壓調(diào)節(jié)電路100通過(guò)電池線102和升壓信號(hào)104被連接至控制器28。超級(jí)電容連接電路106經(jīng)由充電信號(hào)108也被連接至控制器并從控制器接收輸入。超級(jí)電容器110被連接至電路106并保持用于運(yùn)行所有電動(dòng)分配器組件的電荷的預(yù)定等級(jí)。升壓調(diào)節(jié)電路100、連接電路106和控制器28共同作用來(lái)激勵(lì)超級(jí)電容器并有效地使用提供的電池功率。
[0025]在啟動(dòng)時(shí)，通過(guò)檢測(cè)各個(gè)選擇信號(hào)40來(lái)確定哪個(gè)電池單元或電池能夠?yàn)槭Ｓ嚯娐诽峁┳銐虻墓β?，調(diào)節(jié)電路100通過(guò)控制器28選擇最低電壓功率電池單元。電路100然后經(jīng)由電池線102使用所選擇的電池來(lái)經(jīng)由升壓信號(hào)104通過(guò)控制器28、充電信號(hào)108和電路106對(duì)超級(jí)電容器110充電，直至獲得期望的電荷等級(jí)。然后，控制器28接管電路的操作并確定還需要多久再對(duì)超級(jí)電容器充電并然后升壓調(diào)節(jié)電路進(jìn)入休眠狀態(tài)?？刂破?8被編程成以每五分鐘或其它選擇的時(shí)間周期來(lái)周期性地檢查超級(jí)電容器的電壓狀態(tài)。控制器28還可以被編程成在每個(gè)分配周期之后檢查超級(jí)電容器110的電壓狀態(tài)。如果控制器28在這些檢查中的一個(gè)檢查期間確定超級(jí)電容器具有不足的電荷值，那么控制器28進(jìn)入活動(dòng)狀態(tài)并且調(diào)節(jié)電路100經(jīng)由升壓信號(hào)104和充電信號(hào)108再激勵(lì)超級(jí)電容器。在分配周期被啟動(dòng)并超級(jí)電容器上的電荷是不足的情況下，電源26中所選擇的電池通過(guò)控制器直接操作分配器10。如果所選擇的電池仍舊能夠供電，但是數(shù)量不足以操作分配器，則調(diào)節(jié)電路100試圖對(duì)超級(jí)電容器充電。一旦所選擇的電池被完全耗盡，控制器28隨后選擇下一個(gè)如上所述具有最低電壓值的可用電池。根據(jù)上述配置，技術(shù)人員將理解分配器10能夠操作單個(gè)電池單元或電池或更具體的能夠操作電容器。在本實(shí)施方式中，分配器在備用期間抽取大約200微瓦以供電給電流損耗(current-drawing)組件,并且在分配事件期間大約兩焦耳(2瓦/秒)。
[0026]根據(jù)上文所述，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的。分配器能夠操作任何類型的電池。這允許簡(jiǎn)單的電池配置和空間節(jié)省。而且，具有部分電荷的電池不被處理直至被完全耗盡。這允許電池維護(hù)/更換與定期的再填充容器更換相協(xié)調(diào)。分配器還具有以下優(yōu)點(diǎn):當(dāng)門蓋子被打開時(shí)，電池單元作為具有充足或不充足電壓而被識(shí)別。
[0027]因此，可以看出由以上所述的結(jié)構(gòu)及其使用方法滿足了本發(fā)明的目的。盡管根據(jù)專利法規(guī)，僅僅展示出和詳細(xì)描述最佳模式和優(yōu)選實(shí)施方式，但是應(yīng)理解本發(fā)明并不被其限制或并不被限制于此。
[0028]因此，對(duì)于本發(fā)明的真實(shí)范圍和寬度的理解，應(yīng)該參考隨附的權(quán)利要求書。
【權(quán)利要求】
1.一種電動(dòng)設(shè)備,包括: 至少一個(gè)電動(dòng)組件； 包括至少兩個(gè)電池單元的電源，其中至少一個(gè)電池單元為所述電動(dòng)組件供電并且剩余的電池單元保持備用；以及 控制電路，被連接至所述至少一個(gè)電動(dòng)組件和所述電源，所述控制電路包括: 控制器，用于產(chǎn)生充電信號(hào)； 升壓調(diào)節(jié)電路，被連接至所述控制器，及接收來(lái)自所述電源的功率并產(chǎn)生由所述控制器接收的用于轉(zhuǎn)換成所述充電信號(hào)的升壓信號(hào)；及 電容器，被連接至所述控制器，并接收來(lái)自所述控制器的所述充電信號(hào)，所述電容器為所述電動(dòng)組件提供預(yù)定電壓； 所述升壓調(diào)節(jié)電路和所述控制器監(jiān)測(cè)所述電源并且當(dāng)所述一個(gè)電池單元被完全耗盡時(shí)，從保持備用的所述剩余電池單元中的至少一個(gè)電池單元抽取功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述至少兩個(gè)電池單元為不同類型和尺寸，該這少兩個(gè)電池單元選自以下的組，包括:堿性、NiMH、AA、AAA、C和D。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述至少兩個(gè)電池單元并聯(lián)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，該設(shè)備進(jìn)一步包括: 外殼，適于接收流體再填充容器，其中所述至少一個(gè)電動(dòng)組件幫助從所述再填充容器分配流體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，該設(shè)備進(jìn)一步包括: 電池單元指示器電路,包括與每個(gè)所述電池單元相關(guān)聯(lián)的光元件,并且所述電池單元指示器電路被連接至所述控制器，所述光元件指示所關(guān)聯(lián)的電池單元是否被耗盡或是否未被耗盡。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，該設(shè)備進(jìn)一步包括: 與所述外殼相關(guān)聯(lián)的蓋子； 蓋子開關(guān)，被連接至所述蓋子并被連接至所述控制器，所述控制器根據(jù)所關(guān)聯(lián)的電池單元是否被耗盡或是否未被耗盡來(lái)點(diǎn)亮所述光元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述電容器為具有大于I法拉的值的超級(jí)電容器，其中所述超級(jí)電容器為所述至少一個(gè)電動(dòng)設(shè)備供電。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述電源在所述超級(jí)電容器具有不足電荷的情況下為所述電動(dòng)組件供電。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，該設(shè)備進(jìn)一步包括: 電池單元選擇電路，被連接在所述電源和所述控制器之間，其中所述控制器產(chǎn)生由所述電池單元選擇電路接收的選擇信號(hào)，以將選擇的所述至少兩個(gè)電池單元中的一個(gè)電池單元連接至所述升壓調(diào)節(jié)電路。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK103975498SQ201280039058
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月1日
【發(fā)明者】J·W·韋格爾, C·W·柯蒂斯 申請(qǐng)人:高爽工業(yè)公司