CN110022004A - 带有冷却设备的无线设备充电器 - Google Patents

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Abstract

无线设备充电器构造成产生交变磁场，从而在靠近无线设备充电器的个人电子设备的捕获线圈内感应交流电流。无线设备充电器包括：源线圈(104)，其具有构造成产生交变磁场的铁氧体元件(109)；壳体(105)，其由与铁氧体元件(109)热连通的导热材料形成；以及空气移动设备，其构造成产生穿过壳体(105)的表面、从空气入口(105a)流到空气出口(105b)的湍流空气流，从而降低壳体温度。

Description

带有冷却设备的无线设备充电器
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年1月9日提交的美国临时专利申请第62/615,193号的权益，其全部内容以参见的方式纳入本文。
技术领域
本发明总体上涉及无线设备充电器，并且更具体地涉及具有冷却设备以从组件移除热量的无线设备充电器。
附图说明
现将参考附图并借助示例来描述本发明，附图中：
图1a和1b是根据本发明第一实施例的无线设备充电器(无线设备充电器)的立体图；
图2是根据本发明的第二实施例的无线设备充电器的立体图；
图3是根据本发明的第三实施例的无线设备充电器的立体图；
图4是根据本发明的第四实施例的无线设备充电器的立体图；
图5是根据本发明的第五实施例的无线设备充电器的立体图；
图6是根据本发明的第六实施例的无线设备充电器的立体图；
图7是根据本发明第一实施例的图1的无线设备充电器的分解图；
图8是根据本发明第一实施例的用于形成图1的无线设备充电器的组件的材料的图表；
图9是根据本发明第二实施例的图2的无线设备充电器的替代立体图；
图10a是根据本发明第二实施例的图2的无线设备充电器的俯视图；
图10b是根据本发明第二实施例的图2的无线设备充电器的侧视图；
图10c是根据本发明第二实施例的图2的无线设备充电器的右侧端视图；
图10d是根据本发明第二实施例的图2的无线设备充电器的仰视图；
图10e是根据本发明第二实施例的图2的无线设备充电器的左侧端视图；
图10f是根据本发明第二实施例的图2的无线设备充电器的左侧端视图，其中空气管道被移除；
图11是根据本发明第二实施例的图2的无线设备充电器的剖切侧视图；
图12是根据本发明第二实施例的图2的无线设备充电器的剖切俯视图，示出了非直线性翅片；
图13是根据本发明第二实施例的图2的无线设备充电器的剖切俯视图，示出了表面增强部；
图14是根据本发明第二实施例的图2的无线设备充电器的空气入口的端视图；
图15是根据本发明第二实施例的图2的无线设备充电器的空气排出口的端视图；
图16a是根据本发明第三实施例的图3的无线设备充电器的立体图；
图16b是根据本发明第三实施例的图3的无线设备充电器的侧视图；
图17a是根据本发明第三实施例的图3的无线设备充电器的仰视图；
图17b是根据本发明第三实施例的图3的无线设备充电器的俯视图；
图18a是根据本发明第三实施例的图3的无线设备充电器的鼓风机和空气管道的侧视图；
图18b是根据本发明第三实施例的图3的无线设备充电器的鼓风机和空气管道的端视图；
图18c是根据本发明第三实施例的图3的无线设备充电器的鼓风机和空气管道的立体图；
图19a是根据本发明第四实施例的图4的无线设备充电器的俯视立体图；
图19b是根据本发明第四实施例的图4的无线设备充电器的仰视立体图；
图19c是根据本发明第四实施例的图4的无线设备充电器的端视立体图；
图19d是根据本发明第四实施例的图4的无线设备充电器的俯视立体图，其中顶盖被移除；
图19e是根据本发明第四实施例的图4的无线设备充电器的侧剖视图；
图20a是根据本发明第五实施例的图5的无线设备充电器的俯视立体图；
图20b是根据本发明第五实施例的图5的无线设备充电器的仰视立体图；
图20c是根据本发明第五实施例的图5的无线设备充电器的侧剖视图；
图21a是根据本发明第六实施例的图6的无线设备充电器的俯视立体图；
图21b是根据本发明第六实施例的图6的无线设备充电器的仰视立体图；
图21c是根据本发明第六实施例的图6的无线设备充电器的侧剖视图；
图21d是根据本发明第六实施例的图6的无线设备充电器的端视图；
图22a是根据本发明第六实施例的图6的无线设备充电器的仰视立体图；
图22b是根据本发明第六实施例的图6的无线设备充电器的俯视立体图，其中顶盖被移除；
图22c是根据本发明第六实施例的图6的无线设备充电器的侧剖视图；
图22d是根据本发明第六实施例的图6的无线设备充电器的仰视立体图；
图23是根据本发明第二实施例的图2的无线设备充电器的剖视图，示出了空气流动通过无线设备充电器；
图24是根据本发明第三实施例的图3的无线设备充电器的剖视图，示出了空气流动通过无线设备充电器；
图25是根据本发明第四实施例的图4的无线设备充电器的剖视图，示出了空气流动通过无线设备充电器；
图26是根据本发明第五实施例的图5的无线设备充电器的剖视图，示出了空气流动通过无线设备充电器；
图27是根据本发明第六实施例的图6的无线设备充电器的剖视图，示出了空气流动通过无线设备充电器；
图28是示出根据现有技术在300秒的运行时间上无线设备充电器的各种组件的温度的图表；
图29是示出根据本发明的实施例在300秒的运行时间上无线设备充电器的各种组件的温度的图表；
图30是示出根据现有技术在300秒的运行时间上个人电子设备(PED)的各种组件的温度的图表；并且
图31是示出根据本发明的实施例在300秒的运行时间上个人电子设备的各种组件的温度的图表。
具体实施方式
现在具体参照实施例，实施例的各示例在附图中示出。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便于提供对各个描述的实施例的透彻理解。然而，本领域技术人员将认识到没有这些具体细节也可实践各个描述的实施例。在另外的示例中，并未对人们所熟知的方法、工艺、部件、回路及相互关系进行详细描述，以免不必要地使实施例的各方面变得不清楚。
在今天的个人电子设备(PED)中使用的锂离子电池已经制定了限制以保护PED电池免于暴露于过高的温度。日本电子和信息技术产业协会(JEITA)已制定了通过将此温度上限设定为60℃来提高电池充电安全性的指南。典型的PED充电温度范围在-10℃至+60℃之间。
无线充电联盟(WPC)已经发布了具有高达60瓦(W)的接收功率的中功率(MP)规范，并且具有增强功率(EP)子设备用于接收器接受高至15W，这将匹配用于有线连接到充电器的USB快速充电能力。该EP(增强功率)子设备有益于汽车电池充电器，因此无线快速充电能匹配USB电缆的插入能力。机动车的原始设备制造商(OEMs)现在要求这种能力。本发明将通过在无线设备充电器(无线设备充电器)内移除或重新分配热量来提高PED充电性能，从而通过消除由于超过温度阈值的充电中断来延长PED充电运行的时间量并在更短的时间段内提供更高的充电状态(SOC)。这对PED充电是关键的，特别是如果PED具有过低的SOC(充电状态)。
用于电子组件(例如无线设备充电器)的体积空间在汽车环境中受到限制。无线设备充电器构造成在封闭空间内移动空气和/或将空气从加热、通风和空气调节(HVAC)管道移动通过无线设备充电器，以及更具体地，穿过无线设备充电器的发热组件。在各种实施例中，本发明将在紧密的车辆封装空间内提供空气移动，这将允许PED表面温度保持低于阈值，其中多个PED通常将关闭电池充电以降低PED内的温度。
图1-6示出了具有不同电连接结构的无线设备充电器的多个实施例。
图7示出了无线设备充电器的第一实施例，其具有顶盖100和螺钉101，螺钉101构造成将顶盖100固定到底盖107。无线设备充电器还包括近场通信(NFC)印刷电路板组件(PCBA)，其构造成与由无线设备充电器充电的便携式电子设备(PED)(未示出)通信。具有用于产生交变磁场的铁氧体元件109的源线圈104与壳体105直接接触，壳体105由导热材料(例如铸铝)形成。壳体105用作散热器以从源线圈104和铁氧体元件109吸取热量。源线圈104和铁氧体元件109被介电间隔件103围绕。无线设备充电器还包含控制PCBA 106，PCBA106包括产生提供给源线圈104的交流电的电子元件，以及构造成控制充电过程并通过NFCPCBA 102与PED通信的控制器电路。在图8中示出了用于形成无线设备充电器的各种组件的材料的示例。这些组件的变型可以用在无线设备充电器的各种实施例中。
图9-15示出了无线设备充电器的第二实施例，无线设备充电器还包括空气移动设备(例如风扇或鼓风机120)和空气管道，该空气管道构造成将来自鼓风机120、从图14中所示的空气入口105a到图15中所示的空气排出口105b通过无线设备充电器的空气重定向。无线设备充电器的封装旨在优化鼓风机120的放置和空气管道110的半径，以将具有最小空气阻力的空气流导引到与壳体105表面直接接触的无线设备充电器内部腔室中。选择空气管道110的半径以最小化为容纳空气管道110增加到无线设备充电器的高度量。将空气管道110创建为使得该半径与无线设备充电器和鼓风机120的整个厚度相同，因而借助减少空气湍流减小通过空气管道110的空气压降。在空气入口105a处施加空气压力，空气流将从空气入口105a横穿到空气排出口105b。空气流将增加从壳体105到无线设备充电器内的空气的热传递。沿着无线设备充电器的纵向轴线的定向空气流产生最大的表面积，并且在不遵循任何特定运行理论的情况下，来自壳体105的热传递与壳体105的表面的长度成正比。
第二实施例包括从底盖107的外表面延伸的多个柱107a。在不遵循任何特定运行理论的情况下，这些柱107a通过传导从无线设备充电器吸取额外的热量。
该第二实施例通过限定邻接金属翅片130沿着强制空气流线延伸到壳体105下侧的几何形状增加壳体的表面积。发热组件、源线圈104和铁氧体元件109相对于该表面布置，并将热量传递给暴露于定向空气流的表面。
将穿过壳体表面的层流空气流被扰乱以产生气流湍流，该气流湍流冲击到壳体105以增加从金属壳体到通过无线设备充电器的空气流的热传递。产生湍流空气流的一个示例是通过添加至少一个具有非对称表面的翅片130a来实现的，例如，如图12中所示的以非直线性或纵向锯齿形图案从入口端延伸到排出口端的翅片130a。产生湍流空气流的另一方法是使翅片表面130b粗糙化，例如通过将壳体105表面喷砂，也在图13中示出。
图16a-18c示出了无线设备充电器的第三实施例，无线设备充电器结合有包含鼓风机120的单独的鼓风机壳体140。
图19a-19e示出了无线设备充电器的第四实施例，无线设备充电器结合有单独的鼓风机壳体延伸部150，该鼓风机壳体延伸部150包含鼓风机120a和从壳体105延伸的多个翅片130c。
图20a-20c示出了无线设备充电器的第五实施例，无线设备充电器具有串联布置的壳体160和鼓风机120a，以将空气流导引到无线设备充电器内部腔室中与具有减小的空气流阻力的热源表面以及从壳体105延伸的多个翅片130d直接接触。该设计最小化用于封装的无线设备充电器的高度。
根据国际标准化组织(ISO)标准20653：2013，封闭的空气流动空间能相对无线设备充电器的电子器件，以获得最高程度的保护。图21a-21d和22a-22d示出了无线设备充电器的第六实施例，无线设备充电器具有壳体170、鼓风机120a，该无线设备充电器能够满足用于ISO20653：2013所定义的电气设备的封闭的IP代码IP5K2，该IP代码IP5K2描述了对灰尘和液体侵入的防护。该实施例将允许设置IP5K2级密封，同时仍保持到特定发热组件的气流。该实施例还包括从壳体105延伸的多个翅片130e。
图23至27示出了通过无线设备充电器的各种实施例的空气流。
可以通过借助测量无线设备充电器组件或PED组件的温度并调节用于借助气流进行最佳冷却的鼓风机速度来调制(modulate)鼓风机速度。通过施加的气流调整的温度提供改善的PED充电水平并且即使在高周围温度下(例如车内超过40℃)也延长充电时间。
鼓风机优选地定向成为操作者提供最佳的噪声降低。任何旋转组件(诸如鼓风机120)在正常运行速度下均会产生可听见的噪声。在各种实施例中鼓风机的位置和取向被选择为使从鼓风机到无线设备充电器的顶表面的直接噪声路径最小化。这将限制鼓风机噪声传递到操作者。
如上所述，本发明通过移除或重新分配模块内的热量并因此降低PED充电表面温度来优化PED充电表面温度。降低模块表面温度的结果是它将延长PED充电时间，从而通过提供更可靠的充电和减少的充电时间来提升用户体验。即使在尝试封装无线设备充电器时，汽车封装环境也非常紧张。通常位于电池充电器下方或周围的HVAC管道(如果位于中央控制台区域内)导致更高的无线设备充电器温度，从而限制PED充电表面下方的空气移动。
因而，提供了无线设备充电器()。该无线设备充电器包括风扇、鼓风机或其他空气移动设备以冷却无线设备充电器内的组件，以减少由无线设备充电器充电的个人电子设备(PED)的加热，从而减少PED的热关闭(PED的热关闭将增加PED中电池的充电时间)的机会。
尽管已就其优选实施例描述了本发明，但本发明不意在受此限制，而是仅限制于在随后的权利要求中提出的范围。例如，以上描述的实施例(和/或其各个方面)可彼此组合地使用。此外，可作各种改型以使得具体的情形或材料适应本发明的教导，而不偏离其主要范围。此处描述的尺寸、类型、各个部件的取向以及各个部件的数量和位置旨在限定特定实施例的参数，不意味着限制，而仅为原型实施例。
在阅读了以上描述后，在权利要求精神和范围内的各种其他实施例和变型对本领域的普通技术人员来说是显然的。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书、以及这些权利要求所涵盖的等同物的全部范围所限定。
如此处使用的，“一个或多个”包括由一个元件执行的功能、如以分布的形式由超过一个元件执行的功能，由一个元件执行若干功能，由若干元件执行若干功能，或以上这些的组合。
在已描述的各个实施例中使用到的术语仅仅为了描述特定实施例，而不意指限制本发明。如已描述的各个实施例中使用到的，单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“这个(the)”意在同样包括复数形式，除非上下文明确指出了其它情形。还应当理解术语“和/或”包括一个或多个相关联列出项目的任何和所有组合。还应理解的是，在本文中所使用的术语“包括”特指存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或附加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。
虽然本文可使用条例或取向的术语，但这些元件不应受这些术语的限制。除非另有说明，否则所有条例或取向用于区分一个元件与另一个元件的目的，并且除非另有说明，否则不表示任何特定顺序、操作顺序、方向或取向。

Claims (12)

1.一种无线设备充电器，所述无线设备充电器构造成产生交变磁场，从而在靠近所述无线设备充电器的个人电子设备的捕获线圈内感应交流电流，所述无线设备充电器包括：
源线圈(104)，所述源线圈(104)具有构造成产生交变磁场的铁氧体元件(109)；
壳体(105)，所述壳体(105)由与所述铁氧体元件(109)热连通的导热材料形成；
空气移动设备(120)，所述空气移动设备(120)构造成产生穿过所述壳体(105)的表面、从空气入口(105a)流到空气出口(105b)的湍流空气流，从而降低所述壳体温度。
2.根据权利要求1所述的无线设备充电器，其特征在于，所述铁氧体元件(109)与所述壳体(105)紧密接触。
3.根据权利要求2所述的无线设备充电器，其特征在于，所述壳体(105)由铝材料形成。
4.根据权利要求1所述的无线设备充电器，其特征在于，所述壳体(105)的表面限定在所述空气流方向沿所述壳体(105)延伸的多个翅片(130)。
5.根据权利要求4所述的无线设备充电器，其特征在于，所述多个翅片(130)中的至少一个翅片(130a)在所述空气流方向沿着所述壳体(105)在非直线性路径中延伸。
6.根据权利要求4所述的无线设备充电器，其特征在于，所述多个翅片(130)的表面被粗糙化。
7.根据权利要求1所述的无线设备充电器，其特征在于，所述空气入口(105a)大致垂直于所述空气出口(105b)，并且其中所述无线设备充电器还包括空气管道(110)，所述空气管道(110)构造成重定向从所述空气入口(105a)到所述空气出口(105b)的所述空气流。
8.根据权利要求7所述的无线设备充电器，其特征在于，所述空气管道(110)的特征在于具有半圆形横截面，并且其中所述空气管道(110)的半径大致等于所述无线设备充电器的厚度。
9.根据权利要求1所述的无线设备充电器，其特征在于，所述无线设备充电器还包括控制器电路(106)，所述控制器电路(106)构造成基于个人电子设备温度调制来自所述空气移动设备(120)的空气流。
10.根据权利要求1所述的无线设备充电器，其特征在于，所述壳体(105)的表面与所述源线圈(104)和所述铁氧体元件(109)分离。
11.根据权利要求10所述的无线设备充电器，其特征在于，所述壳体(105)的表面相对所述源线圈(104)和所述铁氧体元件(109)密封。
12.根据权利要求11所述的无线设备充电器，其特征在于，所述壳体(105)的表面与所述源线圈(104)和所述铁氧体元件(109)之间的密封符合国际标准组织20653:2013所定义的IP5K2标准。
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