DE102019208815A1

DE102019208815A1 - Recording unit for a mobile device and system for charging an energy storage device of a mobile device

Info

Publication number: DE102019208815A1
Application number: DE102019208815.5A
Authority: DE
Inventors: Yonggang Du
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-06-18
Filing date: 2019-06-18
Publication date: 2020-12-24
Also published as: TW202119730A; WO2020254378A1; EP3987630A1; CN113994566A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aufnahmeeinheit (10) für ein mobiles Endgerät (12), das eine Ladespule (14) zum kontaktlosen Laden eines Energiespeichers (26) aufweist, wobei die Aufnahmeeinheit (10) einen Spannungsversorgungseingang (16) und eine Sendeeinheit (18) zum Erzeugen einer resonanten induktiven Kopplung mit der Ladespule (14) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinheit (10) eine Schalteinheit (20) und eine Empfängereinheit (22) zum Erzeugen einer resonanten induktiven Kopplung mit einer externen Ladestation (24) zum kontaktlosen Laden eines mobilen Endgeräts (12) aufweist, wobei die Schalteinheit (20) elektrisch mit dem Spannungsversorgungseingang (16) verbunden ist, wobei die Schalteinheit (20) in einem ersten Schaltzustand die Sendeeinheit (18) elektrisch mit dem Spannungsversorgungseingang (16) verbindet und in einem zweiten Schaltzustand die Sendeeinheit (18) elektrisch mit der Empfängereinheit (22) verbindet. Mit der Erfindung wird eine Aufnahmeeinheit (10) bereitgestellt, die ein Abschirmen von äußeren Magnetfeldern vermeidet und mittels eines externen kontaktlosen Ladegeräts ein Laden des in der Aufnahmeeinheit (10) angeordneten mobilen Endgeräts (12) ermöglicht.The invention relates to a receiving unit (10) for a mobile terminal (12), which has a charging coil (14) for contactless charging of an energy store (26), the receiving unit (10) having a voltage supply input (16) and a transmitting unit (18) for Generating a resonant inductive coupling with the charging coil (14), characterized in that the receiving unit (10) comprises a switching unit (20) and a receiver unit (22) for generating a resonant inductive coupling with an external charging station (24) for contactless charging of a mobile terminal device (12), the switching unit (20) being electrically connected to the voltage supply input (16), the switching unit (20) in a first switching state electrically connecting the transmitting unit (18) to the voltage supply input (16) and in a second Switching state electrically connects the transmitter unit (18) to the receiver unit (22). The invention provides a receiving unit (10) which avoids shielding external magnetic fields and enables the mobile terminal (12) arranged in the receiving unit (10) to be charged by means of an external contactless charger.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Aufnahmeeinheit für ein mobiles Endgerät gemäß Anspruch 1 und ein System zum Laden eines Energiespeichers eines mobilen Endgeräts nach Anspruch 8.The invention relates to a receiving unit for a mobile terminal according to claim 1 and a system for charging an energy store of a mobile terminal according to claim 8.

Zum Laden eines Akkumulators eines mobilen Endgeräts, z. B. eines Smartphones, können drahtlose Ladeverfahren genutzt werden, bei denen die Energie über eine resonante induktive Kopplung übertragen wird. Mobile Endgeräte können dabei Empfänger samt Spule, mit dessen Hilfe das mobile Endgerät drahtlos von einem externen Ladegerät geladen werden kann, aufweisen. Das externe Ladegerät enthält einen Transmitter samt Spule und wird von einer Spannungsquelle, die oft an seinem USB-Portangeschlossen wird, mit Energie versorgt. Die erforderliche Spule des im mobilen Endgerät eingebauten Empfängers, die zum Empfang des Energie übertragenden Magnetfeldes dient, befindet sich in der Regel auf der Rückseite des mobilen Endgeräts. Im Hinblick auf die Benutzerfreundlichkeit ist es sehr wichtig, dass auch ein in seiner Aufnahmeeinheit eingestecktes mobiles Endgerät von einem externen Ladegerät drahtlos geladen werden kann, ohne die Ladezeit wegen der Benutzung der Aufnahmeeinheit wesentlich zu verlängern. Diese Anforderung wird erfüllt, wenn das vom externen Ladegerät ausgesendete magnetische Feld durch die Aufnahmeeinheit nicht wesentlich gestört wird. Das ist der Fall, wenn die Aufnahmeeinheit aus Kunststoff besteht und im Bereich, der die parallel liegende Fläche der im mobilen Endgerät eingebauten Spule für den dortigen Empfänger abdeckt, kein das Magnetfeld schwächendes Material enthält.For charging a battery of a mobile terminal, e.g. B. a smartphone, wireless charging methods can be used in which the energy is transmitted via a resonant inductive coupling. Mobile terminals can have receivers including a coil, with the help of which the mobile terminal can be charged wirelessly from an external charger. The external charger contains a transmitter and coil and is powered by a voltage source that is often connected to its USB port. The required coil of the receiver built into the mobile device, which is used to receive the energy-transmitting magnetic field, is usually located on the back of the mobile device. With regard to user friendliness, it is very important that a mobile terminal device plugged into its receiving unit can also be charged wirelessly by an external charger without significantly extending the charging time due to the use of the receiving unit. This requirement is met if the magnetic field emitted by the external charger is not significantly disturbed by the recording unit. This is the case when the receiving unit is made of plastic and does not contain any material that weakens the magnetic field in the area that covers the parallel surface of the coil built into the mobile terminal for the receiver there.

Es gibt jedoch Anwendungsfälle, bei denen die KunststoffAufnahmeeinheit selbst einen eingebauten Transmitter samt Spule enthält. Darin wird ein Transmitter samt Spule in die Aufnahmeeinheit eingebaut, um ein in der Aufnahmeeinheit eingestecktes mobiles Endgerät während einer Fahrradfahrt drahtlos laden zu können. Dafür steht dem mobilen Endgerät eine speziell konzipierte Aufnahmeeinheit zur Verfügung, die die Betriebsspannung für den in der Aufnahmeeinheit eingebauten Transmitter von einem externen Gerät über einen elektrischen Kontakt geliefert bekommt. Dabei wird ein Spannungsversorgungseingang der Aufnahmeeinheit mit einem Spannungsversorgungsausgang des externen Geräts verbunden.However, there are applications in which the plastic receiving unit itself contains a built-in transmitter and coil. A transmitter including a coil is built into the receiving unit in order to be able to wirelessly charge a mobile device plugged into the receiving unit while riding a bicycle. For this purpose, the mobile end device has a specially designed recording unit available which receives the operating voltage for the transmitter built into the recording unit from an external device via an electrical contact. A voltage supply input of the recording unit is connected to a voltage supply output of the external device.

Die Spulen weisen dabei magnetische Abschirmungen auf, die äußere Magnetfelder, die nicht von der Spule des Senders in der Aufnahmeeinheit ausgesendet werden, von der Spule des Empfängers des mobilen Endgeräts abschirmen. Im Fall der bekannten Aufnahmeeinheit wird ein kontaktloses Laden des in der Aufnahmeeinheit angeordneten mobilen Endgeräts ohne ein externes Gerät mit einem Spannungsversorgungsausgang daher verlangsamt.The coils have magnetic shields that shield external magnetic fields, which are not emitted by the coil of the transmitter in the recording unit, from the coil of the receiver of the mobile terminal. In the case of the known receiving unit, contactless charging of the mobile terminal device arranged in the receiving unit without an external device with a voltage supply output is therefore slowed down.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Aufnahmeeinheit bereitzustellen, die ein Abschirmen von äußeren Magnetfeldern vermeidet und mittels eines externen kontaktlosen Ladegeräts ein Laden des in der Aufnahmeeinheit angeordneten mobilen Endgeräts ermöglicht.The object of the invention is therefore to provide a receiving unit which avoids shielding external magnetic fields and enables the mobile terminal arranged in the receiving unit to be charged by means of an external contactless charger.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Hauptmerkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen 1 und 8 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 7 sowie der Beschreibung.Main features of the invention are set out in claims 1 and 8. Refinements are the subject of claims 2 to 7 and the description.

Die Erfindung betrifft eine Aufnahmeeinheit für ein mobiles Endgerät, das eine Ladespule zum kontaktlosen Laden eines Energiespeichers aufweist, wobei die Aufnahmeeinheit einen Spannungsversorgungseingang und eine Sendeeinheit zum Erzeugen einer resonanten induktiven Kopplung mit der Ladespule umfasst, wobei vorgesehen ist, dass die Aufnahmeeinheit eine Schalteinheit und eine Empfängereinheit zum Erzeugen einer resonanten induktiven Kopplung mit einer externen Ladestation zum kontaktlosen Laden eines mobilen Endgeräts aufweist, wobei die Schalteinheit elektrisch mit dem Spannungsversorgungseingang verbunden ist, wobei die Schalteinheit in einem ersten Schaltzustand die Sendeeinheit elektrisch mit dem Spannungsversorgungseingang verbindet und in einem zweiten Schaltzustand die Sendeeinheit elektrisch mit der Empfängereinheit verbindet.The invention relates to a receiving unit for a mobile terminal which has a charging coil for contactless charging of an energy store, the receiving unit comprising a voltage supply input and a transmission unit for generating a resonant inductive coupling with the charging coil, it being provided that the receiving unit has a switching unit and a Receiver unit for generating a resonant inductive coupling with an external charging station for contactless charging of a mobile terminal, the switching unit being electrically connected to the voltage supply input, the switching unit electrically connecting the transmitting unit to the voltage supply input in a first switching state and the transmitting unit in a second switching state electrically connects to the receiver unit.

Mit der Erfindung wird mittels der Empfängereinheit eine resonante induktive Kopplung zu einer externen Ladestation aufgebaut. Über die Schalteinheit wird bei Anliegen einer Spannung an der Empfängereinheit eine Verbindung zu der Sendeeinheit hergestellt, die eine resonante induktive Kopplung zu einer Ladespule eines mobilen Endgeräts aufbaut. Eine Abschirmung kann damit mittels der Empfängereinheit überbrückt bzw. umgangen werden, so dass ein kontaktloses Laden über eine Sendespule eines externen Ladegeräts ermöglicht wird. Wenn ein externes Ladegerät die Spannung über einen Spannungsversorgungsausgang über einen elektrischen Kontakt bereitstellt, kann die Schalteinheit eine Verbindung zwischen dem Spannungsversorgungseingang und der Sendeeinheit herstellen. Die Sendeeinheit wird dann über den Spannungsversorgungseingang mit Spannung versorgt. Damit wird eine Aufnahmeeinheit bereitgestellt, die ein Abschirmen von äußeren Magnetfeldern vermeidet und mittels eines externen kontaktlosen Ladegeräts ein Laden des in der Aufnahmeeinheit angeordneten mobilen Endgeräts ermöglicht.With the invention, a resonant inductive coupling to an external charging station is established by means of the receiver unit. When a voltage is applied to the receiver unit, the switching unit establishes a connection to the transmitter unit, which establishes a resonant inductive coupling to a charging coil of a mobile terminal. A shield can thus be bridged or bypassed by means of the receiver unit, so that contactless charging is made possible via a transmitter coil of an external charger. If an external charger provides the voltage via a voltage supply output via an electrical contact, the switching unit can establish a connection between the voltage supply input and the transmitter unit. The transmitter unit is then supplied with voltage via the voltage supply input. This provides a receiving unit that avoids shielding external magnetic fields and enables the in the receiving unit arranged mobile terminal enables.

Gemäß einer näheren Ausgestaltung geht die Schalteinheit bei Anliegen von elektrischer Spannung am Spannungsversorgungseingang oberhalb eines ersten vordefinierten Schwellenwertes in den ersten Schaltzustand über.According to a more detailed embodiment, the switching unit changes to the first switching state when there is electrical voltage at the voltage supply input above a first predefined threshold value.

Der erste vordefinierte Schwellenwert kann z.B. zwischen 2 Volt und 12 Volt, vorzugsweise zwischen 3 Volt und 10 Volt, weiter vorzugsweise 5 Volt betragen. Damit wird vermieden, dass Kleinstspannungen einen Übergang der Schalteinheit in den ersten Schaltzustand bewirken. Weiter wird damit ermöglicht, dass die Schalteinheit in den ersten Schaltzustand übergeht, wenn eine ausreichende Versorgungsspannung an dem Spannungsversorgungseingang anliegt, um ein Laden des mobilen Endgeräts in der Aufnahmeeinheit durchzuführen.The first predefined threshold value can e.g. between 2 volts and 12 volts, preferably between 3 volts and 10 volts, more preferably 5 volts. This prevents very low voltages from causing the switching unit to transition to the first switching state. This also enables the switching unit to pass into the first switching state when a sufficient supply voltage is applied to the voltage supply input to charge the mobile terminal in the receiving unit.

Weiter kann die Schalteinheit bei Anliegen von elektrischer Spannung an der Empfängereinheit oberhalb eines zweiten vordefinierten Schwellenwertes in den zweiten Schaltzustand übergehen.Furthermore, when an electrical voltage is applied to the receiver unit above a second predefined threshold value, the switching unit can switch to the second switching state.

Der zweite vordefinierte Schwellenwert kann ebenfalls z.B. zwischen 2 Volt und 12 Volt, vorzugsweise zwischen 3 Volt und 10 Volt, weiter vorzugsweise 5 Volt betragen. Damit wird vermieden, dass Kleinstspannungen einen Übergang der Schalteinheit in den zweiten Schaltzustand bewirken. Weiter wird damit ermöglicht, dass die Schalteinheit in den zweiten Schaltzustand übergeht, wenn die Empfängereinheit eine ausreichende Spannung bereitstellt, d. h. ausreichend Energie von einem externen kontaktlosen Ladegerät erhält, um ein Laden des mobilen Endgeräts in der Aufnahmeeinheit durchzuführen.The second predefined threshold value can also e.g. between 2 volts and 12 volts, preferably between 3 volts and 10 volts, more preferably 5 volts. This prevents very low voltages from causing the switching unit to transition to the second switching state. This also enables the switching unit to transition into the second switching state when the receiver unit provides sufficient voltage, i.e. H. receives sufficient energy from an external contactless charger to carry out charging of the mobile terminal in the recording unit.

Weiterhin ist bei einer Ausführungsform vorgesehen, dass die Aufnahmeeinheit eine Sendespule, eine Empfangsspule und ein mit der Sendespule verbundenes magnetisches Abschirmelement, das zwischen der Sendespule und der Empfangsspule angeordnet ist, aufweist, wobei die Sendespule mit der Sendeeinheit elektrisch verbunden ist und die Empfangsspule elektrisch mit der Empfängereinheit verbunden ist.Furthermore, it is provided in one embodiment that the receiving unit has a transmitting coil, a receiving coil and a magnetic shielding element connected to the transmitting coil, which is arranged between the transmitting coil and the receiving coil, the transmitting coil being electrically connected to the transmitting unit and the receiving coil being electrically connected to the receiving unit is connected.

Die Sendespule ist dabei zwischen dem magnetischen Abschirmelement und dem mobilen Endgerät angeordnet. Das magnetische Abschirmelement bewirkt eine Konzentration des von der Sendespule erzeugten Magnetfelds. Dies erhöht die Effektivität der Energieübertragung zu dem mobilen Endgerät. Mit dem magnetischen Abschirmelement wird weiter das von der Sendespule emittierte Magnetfeld, bzw. die emittierte elektromagnetische Strahlung, in einer von dem mobilen Endgerät weg gerichteten Orientierung abgeschirmt. Die Empfangsspule ist auf der von dem mobilen Endgerät weg gerichteten Seite des magnetischen Abschirmelements angeordnet. Damit kann die Empfangsspule Energie aus Magnetfeldern, die von einem externen kontaktlosen Ladegerät erzeugt werden, erhalten. Über von der Schalteinheit erzeugten Verbindung zwischen der Empfangsspule und der Sendespule wird damit das magnetische Abschirmelement überbrückt bzw. umgangen.The transmitter coil is arranged between the magnetic shielding element and the mobile terminal. The magnetic shielding element causes the magnetic field generated by the transmitting coil to be concentrated. This increases the effectiveness of the energy transmission to the mobile terminal. With the magnetic shielding element, the magnetic field emitted by the transmitter coil, or the emitted electromagnetic radiation, is shielded in an orientation directed away from the mobile terminal. The receiving coil is arranged on the side of the magnetic shielding element facing away from the mobile terminal. The receiving coil can thus receive energy from magnetic fields generated by an external contactless charger. The magnetic shielding element is bridged or bypassed via the connection between the receiving coil and the transmitting coil generated by the switching unit.

Dabei kann die Empfangsspule mit dem magnetischen Abschirmelement verbunden sein.The receiving coil can be connected to the magnetic shielding element.

Die Empfangsspule und die Sendespule nutzen damit dasselbe magnetische Abschirmelement. Das magnetische Abschirmelement bewirkt eine Konzentration der von der Empfangsspule empfangenen Magnetfelder und erhöht die Effektivität der Energieübertragung zwischen einem externen kontaktlosen Ladegerät und der Empfangsspule.The receiving coil and the transmitting coil thus use the same magnetic shielding element. The magnetic shielding element concentrates the magnetic fields received by the receiving coil and increases the effectiveness of the energy transfer between an external contactless charger and the receiving coil.

In einer alternativen Ausführungsform kann die Aufnahmeeinheit ein zweites magnetisches Abschirmelement zwischen der Empfangsspule und dem magnetischen Abschirmelement aufweisen, wobei das zweite magnetische Abschirmelement mit der Empfangsspule verbunden ist.In an alternative embodiment, the receiving unit can have a second magnetic shielding element between the receiving coil and the magnetic shielding element, the second magnetic shielding element being connected to the receiving coil.

Damit wird vermieden, dass bei sehr dünn ausgebildeten magnetischen Abschirmelementen ein magnetischer Kurzschluss durch das magnetische Abschirmelement erzeugt wird, wenn sowohl an der Empfangsspule als auch an der Sendespule starke Magnetfelder vorliegen.This prevents a magnetic short circuit from being generated by the magnetic shielding element in the case of very thin magnetic shielding elements when strong magnetic fields are present on both the receiving coil and the transmitting coil.

Dabei kann zwischen dem magnetischen Abschirmelement und dem zweiten magnetischen Abschirmelement mindestens ein Abstandshalter mit niedriger magnetischer Permeabilität angeordnet sein.At least one spacer with low magnetic permeability can be arranged between the magnetic shielding element and the second magnetic shielding element.

Damit wird zwischen den beiden magnetischen Abschirmelementen ein Luftspalt generiert, der die Wahrscheinlichkeit eines magnetischen Kurzschlusses vermindert. Weiter bewirken die Abstandshalter mit ihrer niedrigen magnetischen Permeabilität eine Verminderung dieser Wahrscheinlichkeit.This generates an air gap between the two magnetic shielding elements, which reduces the probability of a magnetic short circuit. Furthermore, with their low magnetic permeability, the spacers reduce this probability.

Die Erfindung betrifft außerdem ein System zum Laden eines Energiespeichers eines mobilen Endgeräts, wobei das System eine Aufnahmeeinheit nach der vorhergehenden Beschreibung und eine Lade-Halterung für eine Aufnahmeeinheit aufweist, wobei die Lade-Halterung einen Spannungsversorgungsausgang aufweist, wobei die Aufnahmeeinheit in der Lade-Halterung angeordnet ist und der Spannungsversorgungseingang elektrisch mit dem Spannungsversorgungsausgang verbunden ist.The invention also relates to a system for charging an energy store of a mobile terminal, the system having a receiving unit according to the preceding description and a charging bracket for a receiving unit, the charging bracket having a voltage supply output, the receiving unit in the charging bracket is arranged and the voltage supply input is electrically connected to the voltage supply output.

Vorteile und Wirkungen sowie Weiterbildungen des Systems ergeben sich aus den Vorteilen und Wirkungen sowie Weiterbildungen der oben beschriebenen Aufnahmeeinheit. Es wird daher in dieser Hinsicht auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen.Advantages and effects as well as further developments of the system result from the advantages and effects and further developments of the recording unit described above. Reference is therefore made in this regard to the preceding description.

Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Steuern einer Schalteinheit einer Aufnahmeeinheit für ein mobiles Endgerät nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Verbinden einer Sendeeinheit der Aufnahmeeinheit mit einer Empfängereinheit der Aufnahmeeinheit, wenn eine Empfängereinheit mit einer externen Ladestation resonant induktiv gekoppelt ist; und Verbinden einer Sendeeinheit mit einem Spannungsversorgungseingang der Aufnahmeeinheit, wenn eine Versorgungsspannung an dem Spannungsversorgungseingang anliegt.The invention further relates to a method for controlling a switching unit of a receiving unit for a mobile terminal according to one of the preceding claims, the method comprising the following steps: connecting a transmitting unit of the receiving unit to a receiving unit of the receiving unit when a receiving unit is resonant inductive with an external charging station is coupled; and connecting a transmitting unit to a voltage supply input of the receiving unit when a supply voltage is applied to the voltage supply input.

Vorteile und Wirkungen sowie Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Vorteilen und Wirkungen sowie Weiterbildungen der oben beschriebenen Aufnahmeeinheit. Es wird daher in dieser Hinsicht auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen.Advantages and effects and further developments of the method result from the advantages and effects and further developments of the receiving unit described above. Reference is therefore made in this regard to the preceding description.

Das Verfahren kann weiter die folgenden Schritte aufweisen: Trennen der Sendeeinheit von der Empfängereinheit, wenn die Empfängereinheit nicht mit einer externen Ladestation resonant induktiv gekoppelt ist; und Trennen der Sendeeinheit von dem Spannungsversorgungseingang, wenn keine Versorgungsspannung an dem Spannungsversorgungseingang anliegt.The method can further comprise the following steps: disconnecting the transmitter unit from the receiver unit if the receiver unit is not resonantly inductively coupled to an external charging station; and disconnecting the transmission unit from the voltage supply input when no supply voltage is applied to the voltage supply input.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung der Aufnahmeeinheit;
2 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Schaltkreises der Schalteinheit;
3a, b eine schematische Darstellung verschiedener Ansichten eines weiteren Ausführungsbeispiels;
4a, b eine schematische Darstellung des Systems und der Aufnahmeeinheit; und
5 ein Flussdiagramm des Verfahrens.

Further features, details and advantages of the invention emerge from the wording of the claims and from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawings. Show it:

1 a schematic representation of the recording unit;
2 a schematic representation of an exemplary circuit of the switching unit;
3a, b a schematic representation of various views of a further embodiment;
4a, b a schematic representation of the system and the recording unit; and
5 a flow chart of the process.

1a zeigt die Aufnahmeeinheit 10, die zwischen einem mobilen Endgerät 12 und einem externen kontaktlosen Ladegerät 24 angeordnet ist. Das mobile Endgerät 12 kann z.B. ein Smartphone oder ein Tablet mit Qi-Ladefunktion für einen Energiespeicher 26 sein und eine Ladespule 14 mit einem Abschirmelement 38 aufweisen. Das externe kontaktlose Ladegerät 24 kann z.B. ein Qi-Ladegerät mit einem Abschirmelement 44 und einer Sendespule 42 sein. 1a shows the acquisition unit 10 that between a mobile device 12th and an external contactless charger 24 is arranged. The mobile device 12th For example, a smartphone or a tablet with Qi charging function for an energy store 26th his and a charging coil 14th with a shielding element 38 exhibit. The external contactless charger 24 for example a Qi charger with a shielding element 44 and a transmitter coil 42 be.

Die Aufnahmeeinheit 10 kann aus Kunststoff bestehen und weist einen Spannungsversorgungseingang 16 und eine Sendeeinheit 18 zum Erzeugen einer resonanten induktiven Kopplung mit der Ladespule 14 des mobilen Endgeräts 12 auf. Weiter weist die Aufnahmeeinheit 10 eine Schalteinheit 20 und eine Empfängereinheit 22 zum Erzeugen einer resonanten induktiven Kopplung mit einer externen Ladestation 24 zum kontaktlosen Laden eines mobilen Endgeräts 12 auf.The recording unit 10 can be made of plastic and has a power supply input 16 and a transmitter unit 18th to create a resonant inductive coupling with the charging coil 14th of the mobile device 12th on. The receiving unit 10 a switching unit 20th and a receiver unit 22nd to create a resonant inductive coupling with an external charging station 24 for contactless charging of a mobile device 12th on.

Weiter umfasst die Aufnahmeeinheit 10 eine Sendespule 28, eine Empfangsspule 30 und ein mit der Sendespule 28 verbundenes magnetisches Abschirmelement 32, das zwischen der Sendespule 28 und der Empfangsspule 30 angeordnet ist, auf. Dabei ist die Sendespule 28 mit der Sendeeinheit 18 elektrisch verbunden ist und die Empfangsspule 30 elektrisch mit der Empfängereinheit 22 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Sendespule 28 und die Empfangsspule 30 beide mit dem magnetischen Abschirmelement 32 verbunden.The receiving unit also includes 10 a transmitter coil 28 , a receiving coil 30th and one with the transmitter coil 28 connected magnetic shielding element 32 that is between the transmitter coil 28 and the receiving coil 30th is arranged on. Here is the transmitter coil 28 with the transmitter unit 18th is electrically connected and the receiving coil 30th electrically with the receiver unit 22nd connected. In this exemplary embodiment, the transmitter coil 28 and the receiving coil 30th both with the magnetic shielding element 32 connected.

Das magnetische Abschirmelement 32 kann Ferrit aufweisen.The magnetic shielding element 32 may contain ferrite.

An die Schalteinheit 20 sind Erdungsanschlüsse 46, 50, 54 und Gleichspannungsanschlüsse 48, 52, 56 angeschlossen. Der Massenanschluss 50 und der Gleichspannungsanschluss 52 verbinden die Schalteinheit 20 mit der Sendeeinheit 18. Der Massenanschluss 54 und der Gleichspannungsanschluss 56 verbinden die Schalteinheit 20 mit dem Spannungsversorgungseingang 16. Der Massenanschluss 46 und der Gleichspannungsanschluss 48 verbinden die Schalteinheit 20 mit der Empfängereinheit 22.To the switching unit 20th are earth connections 46 , 50 , 54 and DC voltage connections 48 , 52 , 56 connected. The mass connection 50 and the DC voltage connection 52 connect the switching unit 20th with the transmitter unit 18th . The mass connection 54 and the DC voltage connection 56 connect the switching unit 20th with the power supply input 16 . The mass connection 46 and the DC voltage connection 48 connect the switching unit 20th with the receiving unit 22nd .

Dabei kann der Gleichspannungsanschluss 56 eine positive Gleichspannung, z.B. 5V, gegenüber der Massenanschluss 54 aufweisen, wenn der Spannungsversorgungseingang 16 mit einem Spannungsversorgungsausgang eines funktionierenden externen Ladegeräts verbunden ist.The DC voltage connection 56 a positive DC voltage, e.g. 5V, compared to the ground connection 54 have when the power supply input 16 is connected to a voltage supply output of a functioning external charger.

Dabei verbindet die Schalteinheit 20 in einem ersten Schaltzustand die Sendeeinheit 18 elektrisch mit dem Spannungsversorgungseingang 16 und in einem zweiten Schaltzustand verbindet die Schalteinheit 20 die Sendeeinheit 18 elektrisch mit der Empfängereinheit 22.The switching unit connects 20th in a first switching state, the transmitter unit 18th electrically with the power supply input 16 and in a second switching state, the switching unit connects 20th the transmitter unit 18th electrically with the receiver unit 22nd .

Die Schalteinheit 20 ermöglicht, dass seine beiden Anschlüsse 50und 52, die die Betriebsspannung für die eingebaute Sendeeinheit liefern, mit den Anschlüssen 54 bzw. 56 und/oder mit den Anschlüssen 46 bzw. 48 verbunden bzw. nicht verbunden sind, wobei die Massenanschlüsse 46, 50, 54 stets miteinander verbunden sind. Der Gleichspannungsanschluss 52 wird immer mit dem Gleichspannungsanschluss 48 oder 56 verbunden, wenn die Spannung an dem Gleichspannungsanschluss 48 oder 56 eine ersten bzw. zweiten vordefinierten Schwellenwert überschritten hat.The switching unit 20th allows its two connections 50 and 52 that supply the operating voltage for the built-in transmitter unit with the Connections 54 or. 56 and / or with the connections 46 or. 48 connected or not connected, the ground connections 46 , 50 , 54 are always connected. The DC voltage connection 52 is always connected to the DC voltage connection 48 or 56 connected when the voltage at the DC voltage terminal 48 or 56 has exceeded a first or second predefined threshold value.

Prinzipiell können auch beide Gleichspannungsanschlüsse 48 und 56 gleichzeitig mit dem Gleichspannungsanschluss 52 verbunden werden. Jedoch müsste dazu gleichzeitig eine Verbindung zwischen dem Spannungsversorgungseingang 16 und einem Spannungsversorgungsausgang eines externen Ladegeräts und eine Sendespule an der Empfangsspule 30 bereitgestellt werden. In der Praxis wird dies jedoch nicht gleichzeitig geschehen, da ein externes Ladegerät mit einem Spannungsversorgungsausgang und ein externes kontaktloses Ladegerät sich aus Platzgründen gegenseitig ausschließen.In principle, both DC voltage connections can also be used 48 and 56 simultaneously with the DC voltage connection 52 get connected. However, this would require a connection between the power supply input at the same time 16 and a voltage supply output of an external charger and a transmitter coil on the receiver coil 30th to be provided. In practice, however, this will not happen at the same time, since an external charger with a voltage supply output and an external contactless charger are mutually exclusive for reasons of space.

Mit der so definierten Schaltlogik in der Schalteinheit 20 wird realisiert, dass die in der Aufnahmeeinheit 10 eingebettete Sendeinheit 18 entweder mit der vom externen Ladegerät mit Spannungsversorgungsausgang gelieferten Spannung über die Anschlüsse 54 und 56 oder mit der von dem in der Aufnahmeeinheit eingebauten Empfängereinheit 22 gelieferten Spannung über die Anschlüsse 46 und 48 betrieben wird, wobei die Spannung an den Anschlüssen 46 und 48 wiederum aus dem von einem externen kontaktlosen Ladegerät ausgesendeten Magnetfeld generiert wird. In dieser Realisierung wird das mobile Endgerät 12 stets durch die eingebaute Sendeeinheit 18 samt seiner mit dem magnetischen Abschirmelement 32 verbundenen Sendespule 28 drahtlos geladen, unabhängig davon, ob die ursprüngliche Ladeenergie aus einen externen Ladegerät mit Spannungsversorgungsausgang oder von einem externen kontaktlosen Ladegerät stammt.With the switching logic defined in this way in the switching unit 20th is realized that the in the receiving unit 10 embedded sending unit 18th either with the voltage supplied by the external charger with voltage supply output via the connections 54 and 56 or with the receiver unit built into the receiving unit 22nd voltage supplied via the connections 46 and 48 is operated, with the voltage at the terminals 46 and 48 in turn is generated from the magnetic field emitted by an external contactless charger. In this implementation, the mobile terminal 12th always through the built-in transmitter unit 18th including his with the magnetic shielding element 32 connected transmitter coil 28 wirelessly charged, regardless of whether the original charging energy comes from an external charger with a voltage supply output or from an external contactless charger.

In 2 ist beispielhaft die Realisierung der Schalteinheit 20 als elektronischen Schalter mit zwei identischen Komplementär-Darlington-Schaltungen dargestellt. Die Elemente 62 und 68 sind zwei identische NPN-Transistoren, die Elemente 60 und 66 zwei identische PNP-Transistoren. Transistor 62 und Transistor 60 bzw. Transistor 68 und Transistor 66 sind gemäß der Komplementär-Darlington-Schaltung verbunden. Durch den Widerstand 58 bzw. 64 wird sichergestellt, dass Transistor 60 bzw. Transistor 66 immer leitend ist, falls an dem Gleichspannungsanschluss 56 bzw. 48 eine Betriebsspannung für die jeweilige Komplementär-Darlington-Schaltung angelegt wird. Herrscht an Gleichspannungsanschluss 56 bzw. 48 keine Betriebsspannung vor, d.h. dass der Gleichspannungsanschluss 56 bzw. 48 spannungsfrei in der Luft hängt, ist Transistor 60 bzw. Transistor 66 gesperrt. Ein leitender oder gesperrter Transistor 60 bzw. Transistor 66 macht Transistor 62 bzw. Transistor 68 ebenfalls leitend oder gesperrt. Seien B1 der Verstärkungsfaktor der zwei NPN-Transistoren und B2 der Verstärkungsfaktor der zwei PNP-Transistoren. Wird der Widerstand 58 bzw. 64 so gewählt, dass durch die Basis von Transistor 60 bzw. Transistor 66 ein Strom von Ib2 fließt, wenn Transistor 60 bzw. Transistor 66 leitend ist, dann fließt durch eine an den Anschlüssen 52 und 50 angeschlossene Last näherungsweise ein Strom von Ib2 x B1 x B2. D.h., dass der Strom, der durch die Last an 52 und 50 fließt, um B1 x B2-fach größer als Ib2 ist. Da gemäß Bild 3 diese Last genau die in der Aufnahmeeinheit 10 eingebaute Sendeeinheit 18 samt Sendespule 28 ist, stellt die Komplementär-Darlington-Schaltung einen genügend großen Ladestrom der in der Aufnahmeeinheit 10 eingebauten Sendeeinheit 18 sicher. Wird beispielhaft an dem Gleichspannungsanschluss 56 eine Spannung von 5 V angelegt, der Widerstand 58 mit 10 kΩ und B1=B2=50 angenommen, fließt durch den Widerstand 58 ein Strom von ca. (5 V-0,65 V) / 10 kΩ = 0,435 mA. Nach der Verstärkung durch Transistor 60 und Transistor 62 fließt ein Strom von 1,0875 A durch die an 52 und 50 angeschlossene Last. Dieser Strom liegt im Bereich des typischen Eingangsstroms einer Sendeeinheit 18, die z. B. als Qi-Transmitter ausgebildet ist. Die maximale Verbrauchsleistung der in der Aufnahmeeinheit 10 eingebauten Sendeeinheit 18 wäre dann ca. (5 V-0.2 V) x 1,0875 A = 5,22 W.In 2 is an example of the implementation of the switching unit 20th shown as an electronic switch with two identical complementary Darlington circuits. The Elements 62 and 68 are two identical NPN transistors that are elements 60 and 66 two identical PNP transistors. transistor 62 and transistor 60 or transistor 68 and transistor 66 are connected according to the complementary Darlington pair. Through the resistance 58 or. 64 will ensure that transistor 60 or transistor 66 is always conductive if connected to the DC voltage connection 56 or. 48 an operating voltage is applied for the respective complementary Darlington pair. Applies to DC voltage connection 56 or. 48 no operating voltage before, ie that the DC voltage connection 56 or. 48 hanging in the air without tension is a transistor 60 or transistor 66 blocked. A conducting or blocked transistor 60 or transistor 66 power transistor 62 or transistor 68 also conductive or blocked. Be B1 is the gain of the two NPN transistors and B2 is the gain of the two PNP transistors. Will the resistance 58 or. 64 chosen so that through the base of transistor 60 or transistor 66 a current of Ib2 flows when transistor 60 or transistor 66 is conductive, then flows through one at the terminals 52 and 50 connected load approximately a current of Ib2 x B1 x B2. Ie that the current flowing through the load 52 and 50 flows to B1 x B2 times greater than Ib2. As according to picture 3 this load is exactly that in the receiving unit 10 built-in transmitter unit 18th including transmitter coil 28 is, the complementary Darlington circuit provides a sufficiently large charging current in the receiving unit 10 built-in transmitter unit 18th for sure. Is exemplified on the DC voltage connection 56 a voltage of 5 V applied to the resistor 58 Assuming 10 kΩ and B1 = B2 = 50, flows through the resistor 58 a current of approx. (5 V-0.65 V) / 10 kΩ = 0.435 mA. After amplification by transistor 60 and transistor 62 A current of 1.0875 A flows through the 52 and 50 connected load. This current is in the range of the typical input current of a transmitter unit 18th , the z. B. is designed as a Qi transmitter. The maximum power consumption in the recording unit 10 built-in transmitter unit 18th would then be approx. (5 V-0.2 V) x 1.0875 A = 5.22 W.

Wird an den Gleichspannungsanschlüssen 48 bzw. 56 keine Betriebsspannung angelegt, ist deren Spannung gegenüber der Masse Null. In diesem Fall hat die zugeordnete Komplementär-Darlington-Schaltung keine Auswirkung auf die andere Komplementär-Darlington-Schaltung, da Transistor 68 bzw. Transistor 62 gesperrt ist. Falls sowohl an Gleichspannungsanschluss 48 als auch an Gleichspannungsanschlüssen 56 eine Betriebsspannung angelegt wird, die nicht unbedingt identisch sind, sind sowohl Transistor 68 als auch Transistor 62 leitend. Durch die an 52 und 50 angeschlossene Last fließt dann die Summe der Kollektor-Emitter-Ströme von Transistor 62 und Transistor 68. Die beiden Kollektor- Emitter-Ströme stellen sich automatisch so ein, dass eine mögliche Spannungsdifferenz zwischen den Gleichspannungsanschlüssen 56 und 48 durch unterschiedliche Kollektor-Emitter-Spannungen von Transistor 62 und Transistor 68 kompensiert wird. Es gilt stets Spannung an Gleichspannungsanschluss 56 abzüglich der Kollektor-Emitter-Spannung von Transistor 62 ist gleich Spannung an Gleichspannungsanschluss 48 abzüglich der Kollektor-Emitter-Spannung von Transistor 68.Used at the DC voltage connections 48 or. 56 If no operating voltage is applied, its voltage to ground is zero. In this case, the associated complementary Darlington pair has no effect on the other complementary Darlington pair, as a transistor 68 or transistor 62 Is blocked. If both to DC voltage connection 48 as well as at DC voltage connections 56 an operating voltage is applied, which are not necessarily identical, are both transistor 68 as well as transistor 62 conductive. Through the at 52 and 50 connected load then flows the sum of the collector-emitter currents from the transistor 62 and transistor 68 . The two collector-emitter currents adjust themselves automatically in such a way that a possible voltage difference between the DC voltage connections 56 and 48 due to different collector-emitter voltages of transistor 62 and transistor 68 is compensated. The voltage at the DC voltage connection always applies 56 minus the collector-emitter voltage of transistor 62 is equal to the voltage at the DC voltage connection 48 minus the collector-emitter voltage of transistor 68 .

Die 3a und 3b zeigen ein alternatives Ausführungsbeispiel für die Anordnung der Sendespule 28, des magnetischen Abschirmelements 32 und der Empfangsspule 30.The 3a and 3b show an alternative embodiment for the arrangement of the transmission coil 28 , the magnetic shielding element 32 and the receiving coil 30th .

Anstelle eines magnetischen Abschirmelement 32 für die beiden Spulen 28, 30, ist die Empfangsspule 30 mit einem zweiten magnetischen Abschirmelement 34 verbunden. Dabei können die beiden magnetischen Abschirmelemente 32, 34 ein rundes Ferrit mit hoher magnetischer Permeabilität aufweisen. Zwischen den beiden magnetischen Abschirmelementen 32, 34 wird mittels mindestens einen Abstandhalter 36 ein Luftspalt generiert. Da die Luft eine magnetische Permeabilität von ungefähr 1 hat, ist sie deutlich weniger magnetisch leitend als die beiden magnetischen Abschirmelemente 32, 34, deren Permeabilität zwischen 300 und 300.000 liegt, wenn sie aus Ferrit bestehen. Damit beschränken sich die magnetischen Flüsse für die Sendeeinheit 18 und die Empfängereinheit 20 auf das magnetische Abschirmelement 32 bzw. das zweite magnetische Abschirmelement 34. Der Luftspalt kann realisiert werden, indem die beiden magnetischen Abschirmelemente 32, 34 zentrisch von beispielsweise drei Abstandshaltern 36 beabstandet werden, wie in 3b dargestellt. Die Abstandshalter 36 können aus Kunststoffmaterial mit niedriger magnetischer Permeabilität bestehen.Instead of a magnetic shielding element 32 for the two coils 28 , 30th , is the receiving coil 30th with a second magnetic shielding element 34 connected. The two magnetic shielding elements 32 , 34 have a round ferrite with high magnetic permeability. Between the two magnetic shielding elements 32 , 34 is made using at least one spacer 36 an air gap is generated. Since the air has a magnetic permeability of approximately 1, it is significantly less magnetically conductive than the two magnetic shielding elements 32 , 34 whose permeability is between 300 and 300,000 when they are made of ferrite. This limits the magnetic fluxes for the transmitter unit 18th and the receiving unit 20th on the magnetic shielding element 32 or the second magnetic shielding element 34 . The air gap can be realized by the two magnetic shielding elements 32 , 34 centrally by, for example, three spacers 36 be spaced, as in 3b shown. The spacers 36 can be made of plastic material with low magnetic permeability.

In 4a wird ein System zum Laden eines Energiespeichers 26 eines mobilen Endgeräts 12 dargestellt. Dabei umfasst das System eine Aufnahmeeinheit 10 und eine Lade-Halterung 70 für eine Aufnahmeeinheit 10. Die Lade-Halterung 70 weist einen Spannungsversorgungsausgang 76 auf, wobei die Aufnahmeeinheit 10 in der Lade-Halterung 70 angeordnet ist und der Spannungsversorgungseingang 16 elektrisch mit dem Spannungsversorgungsausgang 76 verbunden ist.In 4a becomes a system for charging an energy store 26th of a mobile device 12th shown. The system includes a recording unit 10 and a charging bracket 70 for a recording unit 10 . The charging bracket 70 has a power supply output 76 on, the receiving unit 10 in the charging holder 70 is arranged and the power supply input 16 electrically with the power supply output 76 connected is.

Die Lade-Halterung 70 kann z. B. mit einem Lenker 74 eines E-Bikes verbunden sein und das mobile Endgerät 12 daran befestigen. Der Spannungsversorgungsausgang 76 kann dabei eine Spannung von einer Steuereinheit des E-Bikes zum Laden des mobilen Endgeräts 12 in der Aufnahmeeinheit 10 bereitstellen. Dabei kann eine Abdeckung 72 vorgesehen sein, um das mobile Endgerät 12 vor Witterungseinflüssen zu schützen.The charging bracket 70 can e.g. B. with a handlebar 74 an e-bike and the mobile device 12th attach to it. The power supply output 76 can supply a voltage from a control unit of the e-bike for charging the mobile device 12th in the recording unit 10 provide. A cover can be used 72 be provided to the mobile terminal 12th to protect against the weather.

Über den Spannungsversorgungseingang 16, der in 4b näher dargestellt ist, kann die Aufnahmeeinheit 10 mit einem Spannungsversorgungsausgang 76 der Lade-Halterung 70 angeschlossen werden, die eine elektrisch leitende Verbindung für die Energieübertragung zur Aufnahmeeinheit 10 benötigt. Dabei wird die Schalteinheit 20 in den ersten Schaltzustand versetzt.Via the power supply input 16 who is in 4b is shown in more detail, the receiving unit 10 with a power supply output 76 the charging bracket 70 be connected, which is an electrically conductive connection for the transmission of energy to the recording unit 10 needed. The switching unit 20th put into the first switching state.

5 zeigt ein Flussdiagramm des Verfahrens 100 zum Steuern einer Schalteinheit einer Aufnahmeeinheit für ein mobiles Endgerät nach der vorangegangenen Beschreibung. Die dargestellten Schritte 102 bis 108 können dabei in beliebiger logisch sinnvoller Reihenfolge oder auch entsprechend gleichzeitig durchgeführt werden. 5 shows a flow chart of the method 100 for controlling a switching unit of a receiving unit for a mobile terminal according to the preceding description. The steps shown 102 to 108 can be carried out in any logically meaningful order or at the same time.

Im Schritt 102 wird eine Sendeeinheit der Aufnahmeeinheit mit einer Empfängereinheit der Aufnahmeeinheit verbunden, wenn eine Empfängereinheit mit einer externen Ladestation resonant induktiv gekoppelt ist.In step 102 a transmitting unit of the receiving unit is connected to a receiving unit of the receiving unit when a receiver unit is resonantly inductively coupled to an external charging station.

Im Schritt 104 wird die Sendeeinheit von der Empfängereinheit getrennt, wenn die Empfängereinheit nicht mit einer externen Ladestation resonant induktiv gekoppelt ist. In step 104 the transmitter unit is separated from the receiver unit when the receiver unit is not resonantly inductively coupled to an external charging station.

Im Schritt 106 wird eine Sendeeinheit mit einem Spannungsversorgungseingang der Aufnahmeeinheit verbunden, wenn eine Versorgungsspannung an dem Spannungsversorgungseingang anliegt.In step 106 a transmission unit is connected to a voltage supply input of the recording unit when a supply voltage is applied to the voltage supply input.

Im Schritt 108 wird die Sendeeinheit von dem Spannungsversorgungseingang getrennt, wenn keine Versorgungsspannung an dem Spannungsversorgungseingang anliegt.In step 108 the transmitter unit is disconnected from the voltage supply input when there is no supply voltage at the voltage supply input.

Claims

Recording unit for a mobile terminal device (12), wherein the mobile terminal device (12) has a charging coil (14) for contactless charging of an energy storage device (26), the recording unit (10) having a voltage supply input (16) and a transmitting unit (18) for generating a resonant inductive coupling with the charging coil (14), characterized in that the receiving unit (10) comprises a switching unit (20) and a receiver unit (22) for generating a resonant inductive coupling with an external charging station (24) for contactless charging of a mobile Terminal device (12), the switching unit (20) being electrically connected to the voltage supply input (16), the switching unit (20) electrically connecting the transmitting unit (18) to the voltage supply input (16) in a first switching state and in a second switching state electrically connects the transmitter unit (18) to the receiver unit (22).

Recording unit after Claim 1 , characterized in that the switching unit (20) changes to the first switching state when an electrical voltage is applied to the voltage supply input (16) above a first predefined threshold value.

Recording unit after Claim 1 or 2 , characterized in that the switching unit (20) when electrical voltage is applied to the receiver unit (22) above a second predefined threshold value goes into the second switching state.

Recording unit after one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the receiving unit (10) has a transmitting coil (28), a receiving coil (30) and a magnetic shielding element (32) connected to the transmitting coil (28) and arranged between the transmitting coil (28) and the receiving coil (30) is, has, wherein the transmitter coil (28) is electrically connected to the transmitter unit (18) and the receiver coil (30) is electrically connected to the receiver unit (22).

Recording unit after Claim 4 , characterized in that the receiving coil (30) is connected to the magnetic shielding element (32).

Recording unit after Claim 4 , characterized in that the receiving unit (10) has a second magnetic shielding element (34) between the receiving coil (30) and the magnetic shielding element (32), the second magnetic shielding element (34) being connected to the receiving coil (30).

Recording unit after Claim 6 , characterized in that at least one spacer (36) with low magnetic permeability is arranged between the magnetic shielding element (32) and the second magnetic shielding element (34).

System for charging an energy store (26) of a mobile terminal device (12), the system having a receiving unit (10) according to one of the preceding claims and a charging holder (70) for a receiving unit (10), wherein the charging holder ( 70) has a voltage supply output (76), the receiving unit (10) being arranged in the charging holder (70) and the voltage supply input (16) being electrically connected to the voltage supply output (76).

Method for controlling a switching unit of a receiving unit for a mobile terminal according to one of the preceding claims, wherein the method (100) has the following steps: - Connecting (102) a transmitting unit of the receiving unit to a receiving unit of the receiving unit when a receiving unit is resonantly inductively coupled to an external charging station; and - Connecting (106) a transmitter unit to a voltage supply input of the receiving unit when a supply voltage is applied to the voltage supply input.

Procedure according to Claim 9 wherein the method (100) further comprises the following steps: disconnecting (104) the transmitter unit from the receiver unit if the receiver unit is not resonantly inductively coupled to an external charging station; and - disconnecting (108) the transmitter unit from the voltage supply input when no supply voltage is applied to the voltage supply input.