感应式充电底座的制作方法

文档序号:20201200发布日期:2020-03-27 20:39阅读:927来源:国知局
感应式充电底座的制作方法

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2019年9月9日提交的美国专利申请16/564,712的优先权,该专利申请要求于2018年9月19日提交的美国临时专利申请62/733,567的优先权,以上美国专利申请的内容全文以引用方式并入本文并且用于所有目的。

所描述的实施方案整体涉及感应式充电底座。更具体地,本实施方案涉及允许对便携式电子设备进行快速充电的主动冷却的感应式充电底座。



背景技术:

由于多种原因,无线充电已成为对便携式电子设备再充电的日益流行的方式。当便携式电子设备完全依赖于无线充电时,便携式电子设备不再需要充电端口,这可改善便携式电子设备对水或特定入侵的抗性。无线充电也趋于更容易,因为不再需要用户将充电电缆插入便携式电子设备上的小插头插座中。遗憾的是,无线充电往往比用常规电缆执行的充电慢。因此,期望改善无线充电速度的方法。



技术实现要素:

本公开描述了涉及具有主动冷却的感应式充电底座的配置的各种实施方案,所述感应式充电底座使得底座能够以改善的充电速度对电子设备进行无线充电。

本发明公开了一种感应式充电底座,其包括:充电底座外壳,该充电底座外壳限定内部体积并且被配置为在充电操作期间支撑便携式电子设备,该充电底座外壳包括射频(rf)透明(transparent)窗口;感应线圈,该感应线圈设置在内部体积内并且与rf透明窗口间隔开,从而限定感应线圈和rf透明窗口之间的气隙,该感应线圈被配置为产生磁通量,所述磁通量通过rf透明窗口离开充电底座外壳;和冷却风扇,该冷却风扇设置在内部体积内,该冷却风扇被配置为沿穿过气隙并跨过感应线圈延伸的路径建立冷却空气流。

本发明公开了另一种感应式充电底座,其包括以下项:充电底座外壳,该充电底座外壳包括:基座;和从基座竖直突出的支撑壁,基座和支撑壁共同限定充电底座外壳的内部体积。感应式充电底座还包括设置在由支撑壁限定的内部体积的第一部分内的感应线圈;和冷却风扇,该冷却风扇设置在内部体积内并且被配置为建立冷却空气流,该冷却空气流穿过由基座限定的内部体积的第二部分,由支撑壁限定的内部体积的第一部分,然后通过定位在支撑壁的远侧端部处的开口离开。

本发明公开了另一种感应式充电底座,其包括以下项:充电底座外壳,该充电底座外壳限定内部体积并且被配置为在充电操作期间支撑便携式电子设备;感应线圈,该感应线圈设置在内部体积内并且被配置为产生磁通量,所述磁通量离开充电底座外壳;和设置在内部体积内的冷却风扇,该冷却风扇被配置为建立冷却空气流,该冷却空气流从由基座限定的内部体积的第二部分通过由支撑壁限定的内部体积的第一部分并且通过定位在支撑壁的远侧端部处的空气出口开口离开充电底座外壳。

根据结合以举例的方式示出所述实施方案的原理的附图而进行的以下详细描述,本发明的其他方面和优点将变得显而易见。

附图说明

通过以下结合附图的详细描述,将容易理解本公开,其中类似的附图标号指代类似的结构元件,并且其中:

图1是示出示例性便携式电子设备,用于与示例性便携式电子设备耦接以对示例性便携式电子设备进行充电的示例性功率供应装置的框图;

图2示出了无线功率传输期间的示例性无线充电系统;

图3a示出了适于对便携式电子设备进行无线充电的感应式充电支座的分解透视图;

图3b示出了图3a中所示的感应式充电支座的剖视图,其中便携式电子设备定位在其上;

图4a示出了适于以至少两个不同取向对便携式电子设备进行无线充电的感应式充电支座的分解透视图;

图4b示出了当便携式电子设备以水平取向或横向取向进行定位时,便携式电子设备的感应线圈可如何与下部感应线圈对齐;

图4c示出了当便携式电子设备以竖直或纵向取向进行定位时,便携式电子设备450的感应线圈可如何与上部感应线圈412对齐;并且

图5示出了示出操作感应式充电底座的方法的流程图。

具体实施方式

在该部分描述了根据本申请的方法与装置的代表性应用。提供这些示例仅为了添加上下文并有助于理解所描述的实施方案。因此,对于本领域的技术人员而言将显而易见的是,可在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践所述实施方案。在其他情况下,为了避免不必要地模糊所述实施方案,未详细描述熟知的处理步骤。其他应用是可能的,使得以下示例不应被当作是限制性的。

在以下详细描述中,参考了形成说明书的一部分的附图,并且在附图中以例示的方式示出了根据所述实施方案的具体实施方案。虽然这些实施方案被描述得足够详细,以使本领域的技术人员能够实践所述实施方案,但是应当理解,这些示例不是限制性的;使得可以使用其他实施方案,并且可以在不脱离所述实施方案的实质和范围的情况下作出修改。

感应式充电支座提供了对便携式电子设备进行再充电的便利方式,但可遭受延长的充电时间。该问题的一个解决方案是将冷却风扇结合到感应式充电底座中。通过配置冷却风扇以将空气从感应式充电支座的基座循环至其顶部,充电性能可得到改善,因为该主动冷却配置允许感应式充电支座内的传输感应线圈被连续地冷却,使得通过使感应线圈通电而产生的过量热能不会使感应式充电底座或由感应式充电座支撑的便携式电子设备过热。在一些实施方案中,由冷却风扇产生的空气流能在传输感应线圈和射频(rf)透明窗口之间的气隙之间经过,感应线圈被配置为通过该射频(rf)透明窗口投射磁通量。然后,磁通量可在由感应式充电底座支撑的便携式电子设备内的感应线圈中引起电流。

在一些实施方案中,感应式充电支座可包括两个或更多个空间偏移的感应线圈,所述感应线圈允许用户将便携式电子设备以多个不同取向放置在感应式充电底座上。例如,两个感应线圈配置可允许便携式电子设备同时以竖直取向和水平取向进行充电。

下文参考图1至图5来讨论这些实施方案和其他实施方案;然而,本领域的技术人员将容易地理解,本文相对于这些附图的所给出的详细描述仅出于说明性目的并且不应理解为限制性的。

图1是示出根据本公开一些实施方案的示例性便携式电子设备100、用于与充电设备100耦接来对设备100进行充电的示例性功率供应装置119的框图。设备100包括耦接到存储体104的计算系统102。计算系统102可以包括被配置为执行存储在存储体104中的指令以执行用于操作设备100的多个功能的控制电路。控制系统能够包括一个或多个合适的计算设备,诸如微处理器、计算机处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、现场可编程门阵列(fpga)等。

计算系统102还能够耦接至用户界面系统106、通信系统108和用于使电子设备100能够执行一个或多个功能的传感器系统110。例如,用户界面系统106能够包括显示器、扬声器、麦克风、用于启用触觉反馈的致动器,以及一个或多个输入设备,诸如按钮、开关、用于使显示器成为触敏的电容式屏幕等等。通信系统108能够包括无线通信部件、蓝牙组件、和/或无线保真度(wifi)部件,以使设备100能够拨打电话、与无线附件进行交互以及访问internet。传感器系统110能够包括光传感器、加速度计、陀螺仪、温度传感器和能够测量外部实体和/或环境的参数的任何其他类型的传感器。

许多或甚至所有这些电子部件都需要电源来操作。因此,电子设备100还包括电池112,用于释放所存储的能量来为设备100的电子部件供电。为了补充为电子部件供电而释放的能量,电子设备100包括无线充电系统118。无线充电系统118能够包括充电电路114和接收器/发射器线圈116,用于从耦接到外部电源122的无线充电设备120接收功率。无线充电设备120能够包括用于生成能够在接收器线圈116中生成对应电流的时变磁通量的发射器线圈。所生成的电流能够被充电电路114利用以对电池112充电。

图2示出了无线功率传输期间的示例性无线充电系统。具体地,图2示出了示例性无线充电系统在从无线充电设备接收功率时所经历的电交互作用。便携式电子设备204被定位在无线充电设备202的充电表面212上。便携式电子设备204能够包括无线充电系统207,其具有接收器/发射器线圈208和充电电路205;并且无线充电设备202能够包括发射器线圈206。接收器线圈208能够是能与时变磁通量相互作用和/或产生时变磁通量的电感器线圈。电子设备204可以是消费电子设备诸如智能电话、平板电脑、电池盒等。无线充电设备202能够是被配置为生成时变磁场或磁通量以在接收设备中感应对应电流的任何合适设备。例如,无线充电设备202能够是无线充电垫、盘、对接底座等。电子设备204可在充电表面212处搁置在无线充电设备202上以促进无线功率传输。

在从无线充电设备202向便携式电子设备204的无线功率传输期间,无线充电系统207能够操作以从无线充电设备202接收功率。例如,充电电路205能够操作接收线圈208作为接收线圈,以通过与由发射器线圈206生成的时变磁通量210相互作用来接收功率。充电电路205能够对应于图1中的充电电路114。与时变磁通量210的相互作用导致在混合接收器/发射器线圈208中感应电流,其能够被充电电路205使用以对便携式电子设备204的内部电池充电。如图2所示,便携式电子设备204能够放置在无线充电设备202的充电表面212上。在一些实施方案中,便携式电子设备204的接口表面220在无线功率传输期间与充电表面212接触。因此,便携式电子设备204能够通过接口表面220接收功率。接口表面220能够是便携式电子设备204的外壳的外表面。

图3a示出了适于对便携式电子设备进行无线充电的感应式充电支座300的分解透视图。感应式充电支座300包括充电设备外壳302。充电设备外壳302包括基座304和一体形成的支撑壁306。在其他实施方案中,支撑壁306能够从基座304移除并且通过接合基座304的狭槽或被紧固到基座304而附接。基座304能够限定被配置为接收便携式电子设备的凹形接收通道308。支撑壁306能够主要由结构坚固的、不透射线的材料诸如阳极化铝(anodizedaluminum)或不锈钢形成。支撑壁306被配置为在便携式电子设备无线接收功率时提供便携式电子设备可搁置在其上并且被观察的表面。无线电透明窗口310能够形成支撑壁306的一部分,其容纳由感应线圈312产生的磁通量的通过。支撑结构314能够限定环形通道,感应线圈312装配在该环形通道内。在一些实施方案中,支撑结构314能够由诸如不锈钢的铁素体材料形成,从而允许支撑结构314用作分流器,该分流器有助于将来自感应线圈312产生的磁通量的能量通过无线电透明窗口310引导出充电设备外壳302。在一些实施方案中,感应线圈312能够是由两个紧密间隔的平行绕组形成的绞合双线线圈。

图3a还示出了支撑壁306的后盖318,其也能够由不透射线材料诸如不锈钢或铝合金形成。后盖314能够是可移除的,以帮助便于组装和/或更换内部部件诸如感应线圈312、支撑结构314和冷却风扇316,他们设置在支撑壁306内。后盖318能够包括空气入口开口320和空气出口开口322两者。冷却风扇316的进气口可定位为靠近空气入口开口318。当冷却风扇316是离心式风扇时,通过空气入口开口320吸入支撑壁的冷却空气能够改变方向90度,以在由支撑壁306限定的并朝向空气出口322的内部体积内竖直行进。冷却空气能够被配置为从感应线圈312和支撑壁306内的其他电子器件对流地吸走热量,然后在冷却空气通过空气出口开口322离开支撑壁306时从感应式充电支座300移除热量。通过主动冷却感应线圈312,能够实现更高的充电速率。应当指出的是,感应式充电底座300相对于支撑表面定位便携式电子设备的角度通常是固定角度,该固定角度能够在约45度和75度之间变化。

图3b示出了感应式充电支座300的剖视图,其中便携式电子设备350定位在其上。图3b示出了凹形接收通道308的外唇如何帮助保持便携式电子设备350的下端滑出凹形接收通道308。图3b中描绘了感应式充电部件内的部件的部分布置;然而,应当理解,排除了一些部件以将该图集中在涉及作为无线充电设备的感应式充电支座300的主要功能的特征部上。感应线圈312放置在结构壁内,其高度对应于便携式电子设备350内的感应线圈的位置。在一些实施方案中,充电设备可被配置为与具有标准化感应线圈位置的多个不同电话型号一起工作,该标准化感应线圈位置被配置为对应于感应线圈312的位置。

图3b还示出了冷却空气通过充电设备外壳302的路径。具体地,冷却风扇316通过空气入口开口320将大部分冷却空气324吸入充电设备外壳302中。虽然可打开冷却风扇316以引导冷却空气324流过支撑壁306,但是冷却空气324也倾向于竖直地流过支撑壁306,因为他由于被支撑壁306内的电气部件加热而上升。感应线圈312是设备300内产生热量的主要罪魁祸首。由于冷却空气324流过感应线圈312和支撑壁306的无线电透明窗口310之间的气隙,冷却空气324在防止感应线圈312产生的热量加热电子设备300方面能够特别有效。以这种方式,冷却空气324能够从无线电透明窗口310、感应线圈312和支撑结构314吸收热能。在一些实施方案中,无线电透明窗口310能够由导热材料诸如碳化硅、氮化硅或玻璃陶瓷材料形成,其允许积聚的热量均匀分布,以有效地消散来自无线电透明窗口310的热量。冷却空气324也能够通过辅助空气入口326被抽吸通过基座304。通过辅助入口326抽吸的冷却空气324可帮助消散由输入/输出插座328和印刷电路板330产生的热量。在一些实施方案中,输入/输出插座328能够被配置为接收标准化插头诸如微型usb或lightning连接器插头。

在一些实施方案中,冷却风扇316能够被配置为在充电操作完成之后连续或间歇地继续操作。当便携式电子设备350由于便携式电子设备350用于诸如游戏或媒体操纵操作的高处理能力应用而产生热量时,该特征可以是期望的。考虑到主逻辑板352接近无线电透明窗口310,这种形式的散热能够特别有效。在一些实施方案中,温度传感器能够结合在支撑壁306和/或基座304内,以提示冷却风扇316应该何时以及以何种速度操作。应当指出的是,支撑壁306的高度可设置成使得与相机模块356相关联的相机突起354不会干扰平放在支撑壁306上的便携式电子设备350。

图4a示出了适于以至少两个不同取向对便携式电子设备进行无线充电的感应式充电支座400的分解透视图。感应式充电支座400包括充电设备外壳402。充电设备外壳402包括基座404和一体形成的支撑壁406。基座404能够限定被配置为接收便携式电子设备的凹形接收通道408。支撑壁306可主要由结构坚固的、不透射线的材料诸如铝或不锈钢形成。支撑壁406被配置为在便携式电子设备无线接收功率时提供便携式电子设备可搁置在其上并且被观察的表面。无线电透明窗口410能够形成支撑壁406的一部分,其容纳由感应线圈412和414产生的磁场的通过。支撑结构416能够限定两个相邻的环形通道418和420,感应线圈412和414装配在其内。在一些实施方案中,支撑结构416能够由不锈钢形成,从而允许支撑结构416用作分流器,其有助于将来自感应线圈412和414发射的磁场的能量通过无线电透明窗口410引导出充电设备外壳402。环形通道418凹入环形通道420下方,允许感应线圈412的一部分直接固定在感应线圈414的至少一部分下方。

图4a还示出了支撑壁406的后盖422,其也能够由不透射线材料诸如不锈钢或铝合金形成。后盖420能够是可移除的,以帮助便于组装和/或更换内部部件诸如感应线圈412和414以及支撑结构416,其设置在支撑壁406内。后盖422能够包括空气出口开口424。空气出口开口424能够被配置为通过由基座404限定的进气口借助冷却风扇排出吸入充电设备外壳402的冷却空气。冷却空气能够被配置为对流地消散由感应线圈412和支撑壁306内的其他电子器件产生的热量,然后在冷却空气通过空气出口开口424离开支撑壁406时从感应式充电支座400去除消散的热量。应该注意的是,在一些实施方案中,后盖422能够与支撑壁406的其余部分一体地形成。在这种类型的配置中,射频透明窗口410能够是可移除的,从而允许在支撑壁406内组装电子部件。

图4b-4c示出了具有冷却风扇426的感应式充电支座400的剖视图,冷却风扇426能够采用横流风扇的形式。冷却风扇426可被配置为将冷却空气428抽吸到感应式充电支座400的基座中,然后向上穿过由支撑壁限定的内部容积。冷却风扇426能够定位在靠近面向后的空气入口开口430的基座404的后部区域内;然而,冷却风扇428也可采用离心式风扇428的形式,其通过延伸穿过基座404的面向上的表面的空气入口开口抽吸冷却空气。冷却空气428在沿印刷电路板432流过空气通道434之后可过渡到支撑壁406中。如图所示,进入空气通道434的入口能够穿过由印刷电路板432限定的开口。在冷却空气428过渡到支撑壁406之后,冷却空气428竖直地流动跨过下部感应线圈414和上部感应线圈412。最后,在通过将热量对流传递到冷却空气428进行加热之后,冷却空气428通过空气出口开口424离开支撑壁406。虽然已经指出了冷却风扇426的具体位置,但是应当理解,当冷却空气428流过基座404和支撑壁406时,冷却风扇426能够沿冷却空气428的路径定位在任何地方。冷却风扇426也能够定位在支撑壁406内,类似于冷却风扇316,如图3b所示。

图4b示出了当便携式电子设备450以水平或横向取向进行定位时,便携式电子设备450的感应线圈452可如何与下部感应线圈414对齐。对于以该取向进行定位的便携式电子设备450,一旦确定了便携式电子设备450的取向,充电底座400将仅将功率路由到感应线圈414。在一些实施方案中,取向确定能够通过感应线圈412和414周期性地产生磁脉冲来执行。一旦接收线圈接收到磁脉冲,就能够通过发射接收到的磁脉冲的感应线圈开始有源充电操作。以这种方式,仅需要激活与接收线圈对齐的感应线圈。以这种方式,能够避免过多的能量和热量输出。

图4c示出了当便携式电子设备450以纵向取向进行定位时,便携式电子设备450的感应线圈452能够如何与上部感应线圈412对齐。如前所述,在给定便携式电子设备450的这种取向的情况下,仅激活上部感应线圈412。取向检测的其他方法可采用应变仪的形式,该应变仪被配置为测量在支撑壁406和基座404的交叉处施加的扭矩的量。可假设纵向取向在支撑壁406和基座404之间的交叉处产生比横向取向更大的应变量,从而允许应变仪通过检测到的应变量来区分纵向取向与横向取向。

应当指出的是,虽然描绘了冷却空气428在rf透明窗口410与感应线圈412和414之间流动,但是感应线圈412和414也能够附连或粘附到rf透明窗口410的面向后表面,以便增加感应线圈414和452之间的感应耦接的效率。在其中感应线圈414与rf透明窗口410相邻的配置中,冷却空气428能够替代地沿支撑结构416的后侧路由。以这种方式,通过感应线圈412和414传导到支撑结构416的任何热量能够通过冷却空气428对流地消散。在一些实施方案中,支撑结构416的后侧能够包括散热片,以帮助消散在支撑结构416内积累的热量。

还应当指出的是,在一些实施方案中,充电底座400能够包括支撑壁,该支撑壁被配置为以基本上水平的取向支撑电子设备。例如,相对于充电底座400被支撑在其上的表面,基本上水平的取向能够在0度和10度之间。在此类配置中,支撑壁能够容纳三个或更多个重叠感应线圈,其允许便携式电子设备450被放置在更广泛的位置和取向中。

图5示出了示出操作感应式充电底座的方法的流程图。在502处,充电底座能够被配置为检测放置在充电底座上的电子设备的存在和/或取向。在一些实施方案中,能够通过重量传感器进行存在检测。例如,当重量传感器检测到来自被配置为支持便携式电子设备的充电底座的一部分的力的增大的量时,充电底座的感应线圈能够通电以尝试启动充电操作。在504处,能够在便携式电子设备的接收线圈中的一个与充电底座的传输线圈对齐时启动充电操作。在一些使用情况下,感应线圈的不对准能够导致功率传输的终止。

图5还示出了可如何在506处启动冷却风扇以消散由无线传输功率产生的热量。冷却风扇引导冷却空气,使得其在充电设备的传输感应线圈和感应式充电底座的射频(rf)透明窗口之间流动。在一些实施方案中,冷却风扇可能够配置为通过感应式充电底座的基座和支撑壁两者抽吸空气,使得分布在整个设备中的电路板和其他热发射部件能够被冷却,从而允许感应式充电底座以峰值效率工作。根据用户偏好,充电底座也能够被配置为继续操作其冷却风扇,以便消散由便携式电子设备自身产生的热量。当便携式电子设备正在执行趋于产生大量热量的处理器或图形处理单元密集型任务时,此类配置可以是有益的。在508处,一旦能量传输完成,感应线圈和冷却风扇就能够被停用。在一些使用情况下,停用能够响应于在充电操作完成之前从充电设备移除便携式电子设备。在一些使用情况下,冷却风扇的停用能够与充电底座内的温度传感器相关联,而不是具体地与充电操作的启动和终止相关联。以这种方式,冷却风扇仅在去除过量的热量以优化充电底座性能的时间段中才需要是活动的。在一些实施方案中,当感应式充电设备为电池供电时,这可以是尤其有用的。

能够单独地或以任何组合使用所述实施方案的各个方面、实施方案、具体实施或特征。能够由软件、硬件或硬件与软件的组合来实施所述实施方案的各个方面。所述实施方案还能够被实施为计算机可读介质上的用于控制生产操作的计算机可读代码,或者被实施为计算机可读介质上的用于控制生产线的计算机可读代码。计算机可读介质为能够存储数据的任何数据存储装置,该数据之后能够由计算机系统读取。计算机可读介质的示例包括只读存储器、随机存取存储器、cd-rom、hdd、dvd、磁带和光学数据存储设备。计算机可读介质也能够分布在网络耦接的计算机系统中,使得计算机可读代码以分布的方式被存储和执行。

为了说明的目的,前述描述使用具体命名以提供对所述实施方案的彻底理解。然而,对于本领域的技术人员而言将显而易见的是,不需要具体细节即可实践所述实施方案。因此,具体实施方案的前述描述被呈现用于例示和描述的目的。前述描述不旨在为穷举性的或将所述的实施方案限制为所公开的精确形式。对于本领域的普通技术人员而言将显而易见的是,鉴于上面的教导内容,许多修改和变型是可能的。

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