CN103051067A

CN103051067A - 并入近场通信天线的用于便携设备的感应充电装置

Info

Publication number: CN103051067A
Application number: CN2012103833465A
Authority: CN
Inventors: Y.瓦西利夫; M.凯克; A.塔卡克斯
Original assignee: Continental Automotive GmbH; Siemens VDO Automotive SAS
Current assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Automotive France SAS
Priority date: 2011-10-12
Filing date: 2012-10-11
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2032-10-11
Also published as: FR2981519B1; FR2981519A1; CN103051067B; US9124142B2; US20130093387A1

Abstract

本发明涉及并入近场通信天线的用于便携设备的感应充电装置。本发明的主题是用于汽车车辆的便携设备的感应充电装置，其中所述感应充电装置包括至少一个WPC类型的被称为充电天线的用于感应充电的天线以及至少一个NFC类型的被称为通信天线的用于近场通信的天线，所述充电天线在其中心处具有开孔，所述通信天线位于至少一个WPC类型的充电天线周围、沿着充电装置的侧面并且包括至少一个绕组，本发明使得：在充电装置的侧面中的至少一个上，通信天线形成至少一个在底部上具有至少一个交叉点的环，其中所述通信天线具有至少一个围绕充电天线的开孔的中心的上部，通信天线的环的围开孔的中心的上部具有至少一个绕组。

Description

并入近场通信天线的用于便携设备的感应充电装置

技术领域

本发明涉及一种并入近场通信天线的用于便携设备的感应充电装置。特别地，本发明涉及汽车车辆中的车载感应充电装置，所述车载感应充电装置允许便携装置的充电和/或与便携装置的通信，所述便携装置诸如移动电话或用于经由近场通信对车辆免提接入的装置（例如徽章（badge）或远程控制装置等）之类。

背景技术

公知的解决方案是把便携设备放置在充电装置或充电器上，换言之放置在专用容器上，使得便携设备通过感应（换言之通过磁耦合）被充电，并且使得便携设备在充电时期的同时或之后通过近场通信或NFC与车辆的车载电子系统进行通信。在（通常为数个毫米量级的）短距离上的该无线通信尤其允许车辆下载特定用户的被包含在移动电话中的简档（profile），并且因而允许车辆根据该简档来适配该车辆的元件；例如，允许调整车辆的驾驶员的座位的位置、允许为优选的无线电台安排节目、允许修改仪表板的外观、或者允许激活“E呼叫”（紧急呼叫）功能等。

以公知的方式，这些感应充电装置包括WPC（“无线充电联盟（Wireless Power Consortium）”，换言之遵守该联盟的标准的无线感应充电天线）类型的专用于感应充电的射频天线（被称为充电天线），从而允许在100kHz至200kHz的频率范围内的感应充电。该充电天线的形状和维度由该WPC国际标准来固定。该充电天线的尺寸是相对大的，为数个厘米的量级。该充电天线通常表现为被集中于充电装置的中部的环、例如圆形、椭圆形、六边形、矩形或正方形。该充电天线在它的中心具有开孔（cut-out）。WPC类型的该充电天线的频率并不允许任何信息的交换或者经由近场通信与便携设备的任何通信。因此，需要的是并且公知的解决方案是，在相同的充电装置中并入专用于该近场通信的另外的更高频率（通常为约13.56MHz）的天线。可以使用允许在便携设备与被连接到车辆的车载电子系统的充电装置之间的短距离通信的任何其它射频天线。由于充电装置的形式通过针对到车辆中的集成的约束条件而被固定，并且充电天线的尺寸和维度通过WPC标准来固定，通常保留有少量空间用于把该近场通信天线集成到相同的装置中。

根据现有技术，在图1中，用于便携设备30（参见图2）的感应充电装置20的俯视图被示出。该充电装置20位于汽车车辆（未示出）中，例如被固定在仪表板10（参见图2）上。

充电装置20包括具有圆形形状（参见图1）的WPC类型的充电天线70，所述充电天线70被集中于充电装置20的中部并且在它的中心具有开孔62。充电装置20还包括（在这个例子中为）集成NFC类型的通信天线60，所述通信天线60以这样的方式被布置，使得所述通信天线60呈例如充电装置20的内侧周边的形状（参见图1）。在具有矩形或正方形形状的充电装置20的情况下，公知的解决方案是，在充电装置20的中部布置WPC类型的充电天线70，接着沿着充电装置20的内侧周边的四个侧面Z1、Z2、Z3、Z4布置NFC类型的通信天线60（参见图1）。其它形状的NFC类型的通信天线60当然可以根据充电装置20的形状并且根据期望的NFC通信的特征而被设想。

便携设备30（参见图2）包括充电器40以及NFC通信天线50，所述充电器40通过磁耦合接收由WPC类型的充电天线70所发送的感应充电，所述NFC通信天线50接收由充电装置20的NFC类型的通信天线60所发送的数据。便携设备30还包括允许管理充电和经由近场通信接收到的信息的电子系统（未示出）。

相对小的（至多为数毫米的量级（参见图2）的）距离“d”被需要，以便提供在便携设备30与充电装置20之间的通信。这一方面允许在要借助WPC类型的充电天线70来提供的（在100Hz到200Hz之间的）低频下的充电，而另一方面允许借助NFC类型的通信天线60在较高的频率（13.56MHz）下提供与车辆的数据交换。

因此，WPC类型的充电天线70在附近具有NFC类型的较高频率的通信天线60。该存在理想地必须是可能的，其中在两个天线之间没有耦合或一个或另一个天线的性能恶化。

在图3中，根据现有技术，在存在充电天线70的情况下沿着图1中的X轴图示了NFC类型的通信天线60的性能。由该NFC类型的通信天线60所产生的磁耦合M具有两个基本上相等的最大值，一个为在位置A1处的MAX_A1，另一个为在位置A2处的MAX_A2，换言之在充电装置20的沿着X轴的端部A1、A2处（参见图1）。该磁耦合M还展示了在充电装置20的中心0处的最小值Min。因此，在充电装置20的中心处存在具有不可忽略的尺寸的WPC类型的充电天线70影响了位于该充电天线70周围的NFC类型的通信天线60的性能。其磁辐射场在充电装置20的表面区域上并不均匀（参见图3）。它在NFC类型的通信天线60所位于的充电装置20的端部A1、A2具有高的幅度，并且在中心0（参见图1和图3）具有低很多的幅度，在中心0，它达到最小值Min。具有在最小值Min附近的磁场M的低幅度的区域被称为阴影区域。当它位于充电装置20上方时，便携设备30因此并不接收在所述装置的整个表面上以均匀的方式被NFC类型的通信天线60发射的磁场M。

当用户把他的便携设备30放在充电装置20上时，如在图2中所图示的那样，那么在便携设备30与充电装置20之间的通信NFC由于该阴影区域对于关于所述装置20的便携设备30的相对位置非常敏感。更确切地说，在充电装置20的通信天线60与便携设备30的NFC通信天线50之间的相对位置影响两个天线之间的磁耦合的质量。这是缺点，因为来自NFC类型的通信天线60的磁场的最小值Min在充电装置20的中部被达到，在所述充电装置20的中部，用户必须精确地放置他的便携设备30或将该便携设备30放在中心。因此，如果便携设备30被正确地放置在充电装置20上以便被充电，则针对与充电装置20的通信较不正确，并且反之亦然。

该现象在包括被布置在充电天线70的下面的磁体或铁氧体80（参见图2）的特定的充电装置20中被放大。该由磁性材料构成的铁氧体80具有基本上大于WPC类型的充电天线70的表面面积的表面面积，并且通常表现为方形或矩形，如充电天线70那样被集中于该装置的中部。

铁氧体80提供屏蔽功能；该铁氧体80防止WPC类型的充电天线70的磁场朝向仪表板10传播，并且使该场重定向到便携设备30的方向上。

在这些装置中，另外的磁体被布置在便携设备30中并且通过在两个元件之间的磁吸引将用户导向便携设备30关于充电装置20的正确定位，换言之通常导向充电装置20的中心，在那里由通信天线60所发射的磁场不幸地如在上文所解释的那样是最弱的。

因而，在充电装置20与便携设备30之间的通信与该便携设备30的探测阈值S有关，以便建立NFC通信。如果为了低于最大值MAX_A1和MAX_A2而被确定的该阈值高于由NFC类型的通信天线60所发射的磁场M的最小值Min（所述磁场M的最小值Min是当它被定位在充电装置20的中心时它接收到的），那么在充电装置20与便携设备30之间不可能有通信。

此外，特定的充电装置20被设计来接受各种类型的便携装置，其中并非所有的便携装置具有用于建立NFC通信的相同的探测阈值S，因此可能的是，这些装置中的一个的探测阈值S高于由NFC类型的通信天线60所发射的磁场的最小值Min。

因此存在将近场通信天线和感应充电天线集成到给定的用于便携设备的充电装置中的明显的问题。

发明内容

本发明旨在解决这些问题。

本发明提供一种用于汽车车辆的便携设备的感应充电装置，其中所述感应充电装置包括：

· 至少一个WPC类型的用于感应充电的天线（被称为充电天线），所述用于感应充电的天线在其中心具有开孔，以及

· 至少一个NFC类型的用于通信的天线（被称为通信天线），所述用于通信的天线至少在充电天线周围、沿着充电装置的侧面被布置并且包括至少一个绕组，

本发明在于以下事实：

· 在充电装置的侧面中的至少一个上，通信天线形成至少一个环，其中所述环在其底部上具有至少一个交叉点，并且具有至少一个围绕充电天线的开孔的中心的上部，并且

· 通信天线的环的围绕开孔的中心的上部具有至少一个绕组。

合宜地，通信天线的至少一个交叉点和至少一个上部关于在充电装置的中心处穿过该充电装置并且垂直于该侧面的轴是对称的。

优选地，交叉点的数目是奇数。

有利地，通信天线的围绕开孔的中心的至少一个上部的绕组的数目大于位于至少一个充电天线周围的通信天线的绕组的数目。

根据第一实施例，充电装置此外还包括基本上位于至少一个充电天线的下面的铁氧体，所述铁氧体的表面面积基本上大于至少一个充电天线的表面面积。

根据第二实施例，该装置包括多个充电天线，并且通信天线形成至少一个环，其中所述环在其底部上具有至少一个交叉点，并且所述环的上部分别围绕每个充电天线的每个开孔的中心，而且充电天线沿着穿过这些充电天线并且垂直于NFC类型的通信天线的环所位于的那个侧面的轴而被对准。

在第三实施例中：

· 充电天线沿着穿过这些充电天线的轴被对准，

· 通信天线具有多个环，其中所述多个环中的每个都具有至少一个交叉点，并且所述多个环的上部分别围绕每个开孔的中心，

· 并且该轴平行于多个环所位于的那个侧面。

本发明还涉及包括根据上文所描述的特征的感应充电装置的任何汽车车辆。

附图说明

本发明的其它主题、特征和优点将借助参照所附示意图被呈现的非限制性实施例的例子从随后的描述中变得更清楚地明显，在所附示意图上：

· 图1示出了根据现有技术的并入近场通信天线的感应充电装置的俯视图，

· 图2与被布置在感应充电装置的顶部上的便携设备一起示出了沿着图1中的X轴并且并入根据现有技术的近场通信天线的感应充电装置的横断面视图，

· 图3示出了根据现有技术的沿着图1中的截面X-X的由NFC类型的通信天线所发射的磁场，

· 图4a示出了根据本发明的第一实施例的并入NFC类型的通信天线的感应充电装置，

· 图4b示出了根据本发明的第二实施例的并入NFC类型的通信天线的感应充电装置，

· 图4c示出了根据本发明的第三实施例的并入NFC类型的通信天线的感应充电装置，

· 图4d示出了根据本发明的第四实施例的并入NFC类型的通信天线的感应充电装置，

· 图5a示出了沿着图4a中的截面X-X的由NFC类型的通信天线所发射的磁场，

· 图5b示出了沿着图4b中的截面X-X的由NFC类型的通信天线所发射的磁场。

具体实施方式

本发明的解决方案是要根据图4a修改NFC类型的通信天线60的形状。在充电装置20的四个侧面中的三个Z1、Z2、Z3上，NFC类型的通信天线60例如如在现有技术中那样根据充电装置20的内侧周边被布置。在第四侧面Z4上，根据本发明，NFC类型的通信天线60形成环B，其中所述环B在其底部上具有交叉点61，并且所述环B的上部63以至少一个绕组围绕WPC类型的充电天线70的开孔62的中心。

这个第四侧面Z4上的NFC类型的通信天线60因此具有环B，所述环B包括在其底部上的至少一个交叉点61（没有互连）以及被缠绕在开孔62的中心周围的上部63。

优选地，交叉点61位于Y轴上，并且上部63关于充电装置20的横向的Y轴是对称的，其中所述横向的Y轴在充电装置20的中心0穿过该充电装置20并且垂直于环B所位于的那个侧面。在图4a中，这是垂直于第四侧面Z4的轴。

NFC类型的通信天线60的在其底部上的交叉点61是重要的，因为该交叉点61允许流入NFC类型的通信天线60的环B的电流被定向在与流入该通信天线60的剩余部分的电流相同的方向上，换言之与流入该通信天线60的位于充电装置20的内侧周边处的、在其它三个侧面Z1、Z2、Z3上的部分的电流相同的方向，并且因而分别由这些电流的流动（在图4a中通过箭头所图示）所创建的两个磁场M1和M2被定向在相同的方向上并且并不会彼此抵消。交叉点61可以包括单个交叉点或奇数数目的交叉点。

有利地，在充电天线70的开孔62的中心0周围形成NFC类型的通信天线60的上部63的绕组的数目大于在充电天线70周围的通信天线60的绕组的数目，换言之大于沿着充电装置20的内侧周边所定位的绕组的数目。

例如，NFC类型的通信天线60的在开孔62的中心周围的绕组的数目大于三，而NFC类型的通信天线60的绕组的数目等于二。

图4a仅仅示出了由交叉点61和上部63所形成的单个环B。然而，另外的环B能够以相同的方式被形成在该第四侧面Z4的相对侧面Z2上，或者甚至被形成在所有侧面Z1、Z2、Z3、Z4上。

优选地，环B关于穿过该环B的轴以及垂直于该环B所位于的那个侧面的轴对称。

图5a示出了如在图4a中所示的根据本发明的NFC类型的通信天线60的性能。由根据本发明的NFC类型的通信天线60所发射的磁场M沿着X轴具有比在现有技术（参见图3）中所发射的场更均匀的形状。在充电装置20的中心0，存在局部最大值MAX_C，所述局部最大值MAX_C在值上接近于在充电装置20的端部A1和A2处达到的最大值MAX_A1和MAX_A2，并且所述局部最大值MAX_C远大于利用现有技术的装置所获得的最小值Min（参见图3）。

该局部最大值MAX_C大于便携设备30的探测阈值S。在便携设备30与充电装置20之间的通信因此被确保，甚至当便携设备30位于充电装置20的中心处时，确保所述通信。

根据第二实施例（参见图4b），铁氧体80被布置在WPC类型的充电天线70的下面，并且具有比WPC类型的充电天线70的表面面积稍大一点的表面面积。

有利地，磁铁氧体80的存在对由根据本发明所布置的NFC类型的通信天线60所产生的磁场M有积极的影响。特别地，铁氧体80放大在充电装置20的中心处由NFC类型的通信天线60的上部63的绕组所产生的磁场M。

图5b图示了根据本发明并且在铁氧体80的存在下的由在图4b中所示的NFC类型的通信天线60所产生的磁场M。在这种情况下，在充电装置20的中心0达到的最大值MAX_C具有基本上等于在充电装置20的端部A1和A2处达到的最大值MAX_A1和MAX_A2的值。在充电装置20的表面上的NFC类型的通信天线60的磁场M因此具有沿着X轴基本上是均匀的值。

针对被布置在该装置的顶部上的便携设备30的探测阈值S现在远小于由根据本发明在铁氧体的存在下所布置的NFC类型的通信天线60所产生的磁场M，并且不论X的值是多少这都成立。不管在充电装置20与便携设备30之间的相对位置如何，在便携设备30与充电装置20之间的近场通信都因此被确保，并且针对具有低于磁场的最大值MAX_A1和MAX_A2的探测阈值S的任何给定的便携设备，这都成立。

根据第三实施例（参见图4c），充电装置20包括例如沿着Y轴垂直于侧面Z4所布置的多个WPC类型的充电天线70a、70b、70c。NFC类型的通信天线60接着形成环B，其中所述环B在它的底部上具有交叉点61并且所述环B的上部63a、63b、63c中的每个都围绕每个WPC类型的充电天线70a、70b、70c的开孔62a、62b、62c的中心。充电天线70a、70b、70c关于穿过这些充电天线的Y轴是对称的。

WPC类型的充电天线70a、70b、70c的对准当然可以在充电装置20的一个或多个侧面Z1、Z2、Z3、Z4上被实现。如在图4d中所示的那样，还存在沿着平行于侧面Z4的X轴在单个侧面上的充电天线的数个对准。在该第四实施例中，NFC类型的通信天线60接着形成三个环B1、B2、B3，其中所述环B1、B2、B3中的每个在其底部上都具有交叉点61a、61b、61c，并且所述环B1、B2、B3的上部63a、63b、63c中的每个都围绕每个WPC类型的充电天线70a、70b、70c的开孔62a、62b、62c的中心。NFC类型的通信天线60接着关于Y轴是对称的。在这个例子中，如在图4a中所图示的那样，交叉点61a、61b、61c分别被定位在充电天线70a、70b、70c的每个的上方并且非定域地（non-localized）接近于通信天线60的侧面Z4。交叉点61a、61b、61c在Y轴上的定位可以变化，其中重点是获得奇数数目的交叉点，并且针对因此所形成的一个或多个环B1、B2、B3是关于穿过它们的轴对称。

使充电天线70a、70b、70c的数目倍增的原因是由于由这些天线在装置的表面处所产生的磁场的均匀化。感应充电因而变得对于在便携设备30与充电装置20之间的相对位置尽可能不敏感。充电天线可以以随机的方式被布置在充电装置之内。

本发明因此允许集成的问题以及位于相同的充电装置内的近场通信天线与充电天线之间的干扰问题被克服，同时保证借助于NFC天线的良好通信。

特别地，本发明允许NFC通信天线的性能关于现有技术被改进，以便能够实现在便携设备与充电装置之间的令人满意的通信，而不论便携设备关于充电装置的位置如何。

本发明并不限于所描述的实施例。特别地，本发明可应用于具有带有不同设计的天线并且具有与一个或多个充电天线的耦合的所有类型的射频通信。

Claims

1.一种用于汽车车辆的便携设备（30）的感应充电装置（20），其包括：

- 至少一个用于感应充电的天线，所述至少一个用于感应充电的天线被称为充电天线（70），所述至少一个用于感应充电的天线在中心处具有开孔（62），以及

- 至少一个用于通信的天线，所述至少一个用于通信的天线被称为通信天线（60），所述至少一个用于通信的天线在至少充电天线（70）周围、沿着充电装置的侧面（Z1、Z2、Z3、Z4）被布置并且包括至少一个绕组，

所述装置的特征在于：

- 在充电装置（20）的侧面中的至少一个（Z4）上，通信天线（60）形成至少一个环（B），所述至少一个环（B）在底部上具有至少一个交叉点（61），所述通信天线的环具有至少一个围绕充电天线（70）的开孔（62）的中心的上部（63），

- 通信天线（60）的环（B）的围绕开孔（62）的中心的上部（63）具有至少一个绕组。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通信天线（60）的交叉点（61）和上部（63）关于在充电装置的中心（0）处穿过充电装置并且垂直于侧面（Z4）的轴（Y）是对称的。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，交叉点（61）的数目是奇数。

4.根据上述权利要求中的任一权利要求所述的装置，其特征在于，通信天线（60）的围绕开孔（62）的中心的上部（63）上的绕组的数目大于位于充电天线（70）周围的通信天线（60）上的绕组的数目。

5.根据上述权利要求中的任一权利要求所述的装置，其特征在于，充电装置（20）此外还包括基本上位于充电天线（70）的下面的铁氧体（80），并且所述铁氧体（80）的表面面积基本上大于充电天线（70）的表面面积。

6.根据上述权利要求中的任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述装置包括多个充电天线（70a、70b、70c），并且通信天线（60）形成至少一个环（B），所述至少一个环（B）在底部上具有至少一个交叉点（61a、61b、61c），并且所述至少一个环（B）的上部（63a、63b、63c）分别围绕每个充电天线（70a、70b、70c）的每个开孔（62a、62b、62c）的中心。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，多个充电天线（70a、70b、70c）沿着穿过所述多个充电天线（70a、70b、70c）并且垂直于通信天线（60）的环（B）所位于的侧面（Z4）的轴（Y）被对准。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：

· 充电天线（70a、70b、70c）沿着穿过所述充电天线（70a、70b、70c）的轴（X）被对准，

· 通信天线（60）具有多个环（B1、B2、B3），其中所述多个环（B1、B2、B3）中的每个都具有至少一个交叉点（61a、61b、61c），并且所述多个环（B1、B2、B3）的上部（63a、63b、63c）分别围绕每个开孔（62a、62b、62c）的中心，

· 并且轴（X）平行于所述多个环（B1、B2、B3）所位于的侧面（Z4）。

9.一种汽车车辆，其包括根据上述权利要求中的任一权利要求所述的感应充电装置（20）。