CN115224812A - 风冷无线功率传输系统 - Google Patents

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CN115224812A
CN115224812A CN202210405250.8A CN202210405250A CN115224812A CN 115224812 A CN115224812 A CN 115224812A CN 202210405250 A CN202210405250 A CN 202210405250A CN 115224812 A CN115224812 A CN 115224812A
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Abstract

无线功率发射器包括充电线圈、电子元件壳体和顶侧。充电线圈壳体容纳充电线圈并且包括顶表面，其中充电线圈无线地发射功率到放置在充电线圈壳体的顶表面上的接收器。电子元件壳体容纳一个或多个电子元件和风扇。顶侧被定位成与电子元件壳体相邻，其中顶侧的顶表面面向接收器的底表面。进气冷却路径由接收器的底表面和顶侧的顶表面之间的区域限定，排气冷却路径位于充电线圈壳体与进气冷却路径相对的一侧，并且由接收器和顶侧的顶表面之间的区域限定。

Description

风冷无线功率传输系统
关联申请的交叉引用
本申请要求于2021年4月16日提交的美国临时申请第63/175,769号的权益，其通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明总体上涉及无线功率传输系统,尤其涉及用于为消费电子设备中的电池充电的风冷无线功率传输系统。
背景技术
用于汽车无线充电器的典型主动冷却方案使用安装在无线充电模块上的径向风扇来迫使空气通过内置于无线功率发射器和无线功率接收器之间的模块接口表面的空气管道。在充电期间，该气流通常通过接口表面上的孔直接吹到接收器，以冷却接收器或者在接口表面下方吹过，以使得接收器与由发射器生成的热量隔绝。
从充电器下方空间进气的气流配置可能受到更高的冷却空气温度的影响，因为该空间通常在交通工具控制台/饰物下方并且不受气候控制。因此，当充电器在高外部温度条件下使用时，来自充电器下方空间的进气可能含有更热的空气，从而在最需要冷却的场景中降低了冷却效率。从气候控制的座舱进气并将空气传递到电话周围以在模块下方排气的气流配置不存在此问题，但是这些配置通常导致发射器模块具有更大的封装尺寸，尤其是在z高度/方向上，以便安装必要的安装件和管道，以保持足够低的系统压力来使风扇产生足够的冷却气流。
这些问题最有可能被大多数在它们的发射器设计中使用主动冷却的竞争对手和客户所理解。这些问题能够通过巧妙的设计或更多的费用最小化，但是在一定程度上，它们是该应用与生俱来的。
发明内容
根据一个方面,无线功率发射器包括充电线圈、电子元件壳体和顶侧。充电线圈壳体容纳充电线圈并且包括顶表面，其中充电线圈无线地发射功率到放置在充电线圈壳体的顶表面上的接收器。电子元件壳体容纳一个或多个电子元件和风扇。顶侧被定位成与电子元件壳体相邻，其中顶侧的顶表面面向接收器的底表面。进气冷却路径由接收器的底表面和顶侧的顶表面之间的区域限定，排气冷却路径位于充电线圈壳体与进气冷却路径相对的一侧，并且由接收器和顶侧的顶表面之间的区域限定。
根据另一个方面，无线功率发射器包括充电线圈壳体，充电线圈壳体容纳充电线圈和具有顶侧和用于容纳电子元件和风扇的电子元件壳体的包壳。风扇操作以从充电线圈壳体的第一侧吸入进气冷却气流并且将冷却气流排出到充电线圈壳体的第二侧。
根据另一个方面，无线功率发射器包括充电线圈壳体，充电线圈壳体容纳充电线圈和电子元件壳体，电子元件壳体包括顶侧和用于容纳电子元件和风扇的包壳，其中风扇通过充电线圈壳体和相对表面之间限定的进气冷却路径从充电线圈壳体的第一侧吸入进气冷却气流，并且通过充电线圈壳体和相对表面之间限定的排气冷却路径将冷却气流排出到充电线圈壳体的第二侧。
附图的简要说明
现在将通过示例的方式参考附图描述本发明，其中：
图1A和图1B是根据本发明的实施例的风冷无线功率传输系统的示意性侧视图。
图2A和图2B是根据一些实施例的与风冷无线功率传输系统相关联的壳体表面的示意性侧视图。
具体实施方案
汽车无线功率发射器中先前的强制气流主动冷却配置中常见的系统进气质量差和高度过大(依照SAE J670的z轴尺寸)的问题可以通过在直列风扇配置中实施主动冷却风扇来解决，该主动冷却风扇在无线功率接收器(例如蜂窝电话或其他消费电子设备)的一侧周围的发射器和接收器之间的接口表面处吸入经过调节的舱室空气，并且在接收器的另一侧周围排放空气，以便通过减少或消除汽车无线功率发射器(诸如由加利福利亚州库珀蒂诺市(Cupertino,CA)的苹果公司(Apple,Inc.)许可的
Figure BDA0003601952230000031
无线功率发射器)中的热关机并优化封装来改善无线功率接收器的充电性能。
图1A和图1B是根据一些实施例的汽车无线功率发射器100的示意性侧视图，汽车无线功率发射器100包括充电线圈壳体102、电子元件壳体106、风扇108、空气管道110、控制印刷电路板(PCB)112、集成控制器电路114和导热材料116。充电线圈壳体102容纳充电线圈(未示出)，充电线圈被配置成用于向与充电线圈壳体102相邻放置的接收器122提供无线充电功率。通常，与充电线圈相关联的表面积以及容纳充电线圈的充电线圈壳体102小于正在充电的接收器122(即，智能电话或平板电脑)的表面积，以使得接收器122的很大一部分延伸到充电线圈之外。如下文更详细地讨论的，在一些实施例中，接收器122的底表面限定进气冷却路径130和/或排气冷却路径132的一部分。
在一些实施例中，电子元件壳体106包括用于封围与汽车无线功率发射器100相关联的电子元件的壁，电子元件包括PCB 112、集成控制器电路114和风扇108。在一些实施例中，电子元件壳体106包括电子元件壳体106的顶侧或顶部104，顶侧或顶部104面向或相对接收器122的底表面。如参照图1B更详细地示出的，提供了接收器122的底表面和顶侧或顶部104的顶表面之间的间隙或空间，并且该间隙或空间限定进气冷却路径130和/或排气冷却路径132。在一些实施例中，顶侧或顶部104与电子元件壳体106分离。例如，顶侧或顶部104可以作为与交通工具相关联的控制台或饰物的一部分，其中电子元件壳体106可被定位成与顶侧或顶部104相邻。尽管本视图中未示出，充电线圈壳体102连接到图1A、1B中未示出的线圈侧面上的电子元件壳体106，并且由该电子元件壳体支撑。在一些实施例中，充电线圈壳体102和顶侧104在垂直方向上(即，在z方向上)彼此大约相等。在其他实施例中，充电线圈壳体102可以相对于顶侧104略微抬起。然而，在两个实施例中，充电线圈壳体102和电子元件壳体106的顶侧104之间存在间隙，以为冷却气流提供路径，如下文更详细地描述的。
在操作期间，接收器122(例如，被配置成用于接收无线充电功率的手机或其他设备)沿着充电线圈壳体102的顶表面放置。充电功率从充电线圈无线地提供给接收器122，例如，
Figure BDA0003601952230000041
无线功率发射器。在一些实施例中，可以利用附加磁体或其他机械特征，以确保充电线圈壳体102内的充电线圈与接收器122正确对准。电子元件壳体106提供用于保持和保护与无线功率发射器100相关联的电子组件的包壳，电子组件包括控制PCB 112、集成控制器电路114和风扇108。控制PCB 112和集成控制器电路114被配置成用于将从交通工具(或其他功率源)接收到的功率选择性地提供给充电线圈。在一些实施例中，这可以包括将从交通工具接收的直流电(DC)功率转换为被提供给位于充电线圈壳体102内的充电线圈的交流电(AC)。在一些实施例中，控制PCB 112和集成控制器电路114还向风扇108提供命令指令(例如，开/关)。
风扇108被用来提供冷却气流,以移除与无线功率发射器100和/或接收器122相关联的热能。进气冷却气流通过进气冷却路径130从充电线圈壳体102的第一侧被吸入，排气冷却气流通过排气冷却路径132在充电线圈壳体102的相对侧排出。这可以被称为直列冷却，因为进气冷却气流和排气冷却气流两者都发挥作用以提供冷却。风扇108被定位于壳体包壳内，在负z方向上的充电线圈壳体102下方。当接收器122与充电线圈壳体102相邻放置时，经由通过进气冷却路径130和排气冷却路径132(由图1B中的虚线指示)的气流提供冷却，该气流由风扇108在顶侧104和接收器122之间的区域中生成。在一些实施例中，风扇108在正x或负x方向上与充电线圈壳体102水平偏移。例如，在一些实施例中，风扇108朝向充电线圈壳体102的吸入冷却气流的一侧偏移。风扇108包括位于风扇108的顶表面上的入口，用于通过由顶侧104和接收器122限定并且在充电线圈壳体102和顶侧104之间形成的间隙内的区域吸入进气冷却气流。在图1B所示的实施例中，风扇108是离心式风扇，其中进气冷却气流在垂直方向(即，负z方向)上被吸入风扇108，并在水平方向(即，负x方向)上排出。排气冷却气流经由冷却管道110限定的排气冷却路径132排出到充电线圈壳体102与进气冷却路径130相对的一侧，然后在顶侧104和接收器122之间的区域中。在一些实施例中，进气冷却路径130还包括用于将气流引导至风扇108的冷却管道。同样，在一些实施例中，排气冷却路径132不需要冷却导管110，但是取而代之依赖于线圈壳体102和/或作为电子元件壳体106的一部分被包括的其他组件的几何形状来引导冷却气流沿着排气冷却路径132。如在图2A和图2B中更详细地描述的，顶侧104的顶表面可以包括引导进气冷却气流和/或排气冷却气流以最大化冷却的几何形状。在其他实施例中，顶侧104的顶表面可以是平面，或者可以包括根据需要选择用来引导冷却气流的其他几何形状。应当注意，在其他实施例中，进气冷却气流可以在水平方向上被吸入风扇108中，并在垂直方向上排出。在又一其他实施例中，可以使用轴向风扇，其中通过该风扇，进气和排气都在水平方向上或都在垂直方向上流动。
该设计的优点之一是，进气冷却气流和排气冷却气流都为无线功率发射器100(包括充电线圈壳体102)和接收器122提供冷却。这与典型的设计形成对比，在典型设计中，只有被吸入风扇的气流用于冷却组件。这类现有技术设计的一个缺点是，它需要单独的管道/排气端口，管道/排气端口不帮助冷却充电组件但是需要用来保持期望的气流速率。此外，单独的管道/排气端口需要控制台内额外的空间。取决于无线充电器的位置，这可能难以实现。相反，图1A和图1B中所示的实施例利用进气冷却气流和排气冷却气流两者来冷却无线充电器而不需要任何单独的排气或通气。此外，进气冷却气流从汽车无线功率发射器100的顶侧被吸入，这意味着冷却气流从舱室内部而不是从控制台下方的位置被吸入。通常，舱室空气是经过环境调节的，因此比从控制台下方吸入的没有经过调节的空气要冷。此外，与风扇和控制PCB相对彼此垂直堆叠的实施例相比，通过将风扇108定位在电子壳体器件106内的控制PCB 112相邻的位置，无线功率发射器100的垂直高度得到降低。此外，将风扇108水平定位在与控制PCB 112相邻的位置允许冷却气流(进气冷却气流或排气冷却气流)能够从控制PCB 112和集成控制器电路114移除热量。在一些实施例中，导热材料116被放置在冷却导管110和控制PCB 112和/或集成控制器电路114之间的接触处，以充当这些组件的散热器。导热材料116允许由控制PCB 112和/或集成控制器电路114生成的热量能够更有效地转移到冷却导管110，并且由排气冷却气流移除。
在一些实施例中，电子元件壳体106的顶侧104和/或充电线圈壳体102包括一个或多个特征以防止液体或其他污染物进入电子元件壳体106的内部结构。例如，如图1A所示，电子元件壳体106的顶侧104包括凸缘或唇部120，凸缘或唇部120从顶侧104垂直(正z方向)延伸，从而防止溢出到顶侧104上的液体流入冷却管道110和/或摄入风扇108中。类似地，在一些实施例中，充电线圈壳体102包括悬垂部分118，悬垂部分118从线圈壳体102的容纳充电线圈的部分延伸。在一些实施例中，悬垂部分118围绕线圈壳体102的整个圆周(即，在图1A和图1B中可见的x方向和图1A或图1B中不可见的y方向)延伸。悬垂部分118防止物体落入充电线圈壳体102和电子元件壳体106之间的间隙。当从顶部观察时，一个或多个悬垂部分118遮挡位于电子元件壳体106内的组件(诸如风扇108)。此外，悬垂部分118的几何形状能够用于引导进气冷却气流和/或排气冷却气流。在一些实施例中，悬垂部分118的底表面可以是平面的。在其他实施例中，悬垂部分118的底表面可以包括用于沿特定路径引导进气冷却气流和/或排气冷却气流的几何特征。
图2A和图2B是示出了分别与电子元件壳体106的顶侧104′和104″相关联的示例性几何形状的侧视图，该示例性几何形状用于沿各自表面引导进气和/或排气冷却气流。图2A和图2B中所示的侧视图从图1A和图1B中所示的视图沿垂直轴旋转了90°，以使得冷却气流被引导进入或离开页面。例如，在图2A中所示的实施例中，顶侧104′的顶表面包括由间隙或通道202隔开的多个突起200。在一些实施例中，可以允许多个突起200与接收器122的底表面接触，其中在突起200之间的间隙202内提供进气/排气冷却气流。同样，图2B中所示的顶侧104″的顶表面包括具有波形顶表面的表面，该波形顶表面包括由槽或通道206隔开的峰204。在峰204之间的槽206内提供进气/排气冷却气流。在其他实施例中，其他几何形状可以用于进一步控制冷却气流进入或离开壳体的路线。例如，如上所述，在一些实施例中，顶表面仅仅是平面。在其他实施例中，其他几何形状用于根据需要引导冷却气流。
与以往的无线功率发射器设计相比，此无线功率发射器提供了改进冷却效率和优化封装空间的优点。
尽管已经根据本发明的优选实施例描述了本发明，然而并不旨在受限于此，而是仅受所附权利要求书中所阐述的范围限制。例如，上述实施例(和/或其多个方面)可以彼此组合地使用。另外，可以做出许多修改以将特定情况或材料配置成本发明的教导，而不脱离本发明的范围。本文所描述的各种组件的尺寸、材料类型、取向以及各种部件的数量和位置旨在限定某些实施例的参数，并且绝不是限制性的，而仅仅是原型实施例。
在阅读上述描述后，在权利要求书的精神和范围内的许多其他实施例和修改对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，本发明的范围应当参考所附权利要求书以及此类权利要求书的等同例的完整范围来确定。如本文中使用的，“一个或多个”包括由一个要素执行的功能，由多于一个要素例如以分布式方式执行的功能，由一个要素执行的若干功能，由若干要素执行的若干功能，或上述情况的任何组合。
将会理解，虽然在一些实例中，术语第一、第二等在本文中用于描述各种要素，但这些要素不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个要素与另一个要素。例如，第一接触件可以被称为第二接触件，并且类似地，第二接触件可以被称为第一接触件，而没有背离各种所描述的实施例的范围。第一接触件和第二接触件两者都是接触件，但它们并非相同的接触件。
在对本文中各种所描述的实施例的描述中使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，而不旨在是限制性的。如在对各种所描述的实施例和所附权利要求的描述中所使用的，单数形式“一(a)”、“一(an)”和“所述(the)”旨在也包括复数形式，除非上下文以其他方式明确指出。还将理解的是，本文所使用的术语“和/或”是指并且包含相关联的所列项目中的一个或更多个的所有可能的组合。将进一步理解的是，术语“包括”、“包括有”、“包含”和/或“包含有”当在本说明书中使用时指明所陈述的特征、整数、步骤、操作、要素和/或部件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、要素、部件和/或其群组的存在或添加。
如本文中所使用的，取决于上下文，术语“如果(if)”可选地被解释为表示“当...时”或“在…后”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，取决于上下文，短语“如果被确定”或“如果检测到[所陈述的状况或事件]”被可选地解释为表示“在确定…后”或“响应于确定”或“在检测到[所陈述的状况或事件]后”或“响应于检测到[所陈述的状况或事件]”。
附加地，尽管本文中可以使用法则或取向的术语，但这些要素不应受这些术语的限制。除非另有说明，否则所有法则或取向的术语用于将一个要素与另一个要素区分开的目的，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 (20)

1.一种用于为接收器充电的无线功率发射器，包括：
充电线圈壳体，所述充电线圈壳体容纳充电线圈并且包括顶表面，其中所述充电线圈无线地发射功率到放置在所述充电线圈壳体的所述顶表面上的所述接收器；
电子元件壳体，所述电子元件壳体用于容纳电子元件和风扇；
顶侧，所述顶侧被定位成与所述电子元件壳体相邻，其中所述顶侧的顶表面面向所述接收器的底表面；
进气冷却路径，所述进气冷却路径由所述接收器的所述底表面和所述顶侧的所述顶表面之间的区域限定；以及
排气冷却路径，所述排气冷却路径位于所述充电线圈壳体与所述进气冷却路径相对的一侧并且由所述接收器和所述顶侧的所述顶表面之间的区域限定。
2.如权利要求1所述的无线功率发射器，其特征在于，所述风扇与所述充电线圈壳体水平偏移。
3.如权利要求2所述的无线功率发射器，其特征在于，所述风扇在相邻于所述进气冷却路径的一侧与所述充电线圈壳体偏移。
4.如权利要求3所述的无线功率发射器，其特征在于，进气冷却气流在垂直方向上被吸入所述风扇。
5.如权利要求4所述的无线功率发射器，其特征在于，排气冷却气流在水平方向上从所述风扇排出。
6.如权利要求1所述的无线功率发射器，其特征在于，所述风扇被定位为与所述电子元件水平地相邻。
7.如权利要求6所述的无线功率发射器，进一步包括：
冷却导管，所述冷却导管将排气冷却气流从所述风扇引导到所述充电线圈壳体与所述进气冷却路径相对的一侧。
8.如权利要求7所述的无线功率发射器，进一步包括：
导热材料，所述导热材料与所述电子元件和所述冷却导管中的至少一者接触。
9.如权利要求1所述的无线功率发射器，其特征在于，所述充电线圈壳体包括在所述顶侧上延伸的悬垂部分。
10.如权利要求1所述的无线功率发射器，其特征在于，所述顶侧包括从所述顶侧垂直延伸的凸缘。
11.如权利要求1所述的无线功率发射器，其特征在于，所述顶侧的所述顶表面包括用于引导进气冷却气流和/或排气冷却气流的一个或多个通道。
12.一种无线功率发射器，包括：
充电线圈壳体，所述充电线圈壳体容纳充电线圈；以及
电子元件壳体，所述电子元件壳体具有顶侧和用于容纳电子元件和风扇的包壳，其中所述风扇从所述充电线圈壳体的第一侧吸入进气冷却气流，并且排出排气冷却气流到所述充电线圈壳体的第二侧。
13.如权利要求12所述的无线功率发射器，其特征在于，所述风扇与所述充电线圈壳体垂直偏移。
14.如权利要求12所述的无线功率发射器，其特征在于，所述风扇被定位为与所述电子元件水平地相邻。
15.如权利要求12所述的无线功率发射器，其特征在于，所述风扇在垂直方向上吸入进气冷却气流到所述风扇中，并且在水平方向上排出冷却气流。
16.如权利要求12所述的无线功率发射器，进一步包括：
冷却导管，所述冷却导管连接到所述风扇的一侧，以将排气冷却气流引导到所述充电线圈壳体的第二侧。
17.如权利要求16所述的无线功率发射器，进一步包括：
导热材料，所述导热材料与所述冷却导管和所述电子元件中的至少一者接触。
18.如权利要求12所述的无线功率发射器，其特征在于，所述顶侧的顶表面包括用于引导进气冷却气流和/或排气冷却气流的一个或多个通道。
19.如权利要求12所述的无线功率发射器，其特征在于，所述风扇与所述充电线圈壳体水平偏移。
20.一种无线功率发射器，包括：
充电线圈壳体，所述充电线圈壳体容纳充电线圈；以及
电子元件壳体，所述电子元件壳体具有顶侧和用于容纳电子元件和风扇的包壳，其中所述风扇通过所述充电线圈壳体和所述电子元件壳体的所述顶侧之间限定的进气冷却路径从所述充电线圈壳体的第一侧吸入进气冷却气流，并且通过所述充电线圈壳体和所述电子元件壳体的所述顶侧之间限定的排气冷却路径将冷却气流排出到所述充电线圈壳体的第二侧。
CN202210405250.8A 2021-04-16 2022-04-18 风冷无线功率传输系统 Pending CN115224812A (zh)

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