CN117477799A - 具有nfc功能的无线充电设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有NFC功能的无线充电设备。根据实施例的无线充电设备可以包括：屏蔽组件，其中形成屏蔽体、用于通过磁感应耦合进行电力传输的第一线圈和支架；固定到支架的NFC线圈；以及包括逆变器的主PCB，该逆变器将DC电力转换为AC电力并将其供应到第一线圈。支架可以被形成在第一线圈的外部。屏蔽组件还可以包括用于将第一线圈和NFC线圈连接到主PCB的线圈连接器。线圈连接器可以由多个突出引脚组成，并且多个突出引脚可以被插入在主PCB上的对应位置处形成的孔中，使得第一线圈和NFC线圈被电连接到主PCB。

Description

具有NFC功能的无线充电设备

技术领域

本公开涉及一种具有NFC功能的无线充电设备，并且更具体地，涉及一种用于配备有NFC天线的车辆的无线充电设备。

背景技术

无线充电是指一种技术，其中，即使在两个设备彼此没有有线连接时，也可以从无线地发送电力的设备向接收电力的设备供应电力。例如，接收电力的设备可以是诸如移动电话、智能电话、PDA或平板PC的终端，并且可以通过无线充电对终端内部设置的电池进行充电。

一般来说，无线充电技术主要分为磁感应法、磁共振法等。磁感应法是基于由发送电力的设备内部的电流动产生的电磁感应现象。对于传输电力的磁共振方法，当由发送电力的设备内部的电流动产生特定的谐振频率时，在接收电力的设备内部的线圈中感应出具有对应谐振频率的磁场。

近来，许多汽车用户都使用安装在车辆仪表板上的无线充电器，并且这种无线充电器可以对智能终端(例如智能电话)进行无线充电，同时作为托架以将智能终端的屏幕或摄像头用作导航系统或行车记录仪。

最近发布了一种用于车辆的无线充电设备，其具有近场通信(NFC)功能以增强驾驶员的便利性，并且NFC功能允许智能设备访问车辆系统以启动、配置车辆等。用于识别存储在智能手机中的数字钥匙的NFC天线被嵌入到用于车辆的这种无线充电设备中。

然而，如图1所示，在传统的无线充电设备的情况下，为了执行NFC功能，添加具有内置NFC天线的印刷电路板(PCB)，或者将天线图案(antenna pattern)添加到PCB以用于无线充电。然而，在以这种方式实现NFC功能时，必然会导致产品单价的增加，并且无法通过向PCB增加天线图案来如预期实现NFC功能。

发明内容

鉴于这种情况，本公开的目的是提出一种用于针对车辆的无线充电设备的高效NFC天线的结构。

根据本公开的实施例的无线充电设备可包括：屏蔽组件(shielding assembly)，其中形成屏蔽体(shield)、用于通过磁感应耦合进行电力传输的第一线圈以及支架；NFC线圈，所述NFC线圈被固定至支架；以及主PCB，所述主PCB包括逆变器，所述逆变器将DC电力转换为AC电力并将其供应给第一线圈。

因为可以在没有单独的PCB的情况下执行NFC功能，所以可以使用其中被用于放置PCB的空间，从而允许设计上更大的自由度，并且可以容易地改变线圈的绕组的尺寸、数量等，从而可以灵活地响应客户的要求。

另外，因为可以不需要将PCB添加到无线充电设备或不需要将天线图案添加到PCB以便实现NFC功能，所以可以防止NFC功能不能充分执行并通过降低成本来获得价格竞争力。

此外，可以不添加用于执行NFC功能的单独的PCB，并且可以在Tx线圈和上壳之间形成空气可以流过的空间，从而可以解决来自无线充电器的发热问题。

附图说明

图1示出了传统的无线充电设备，其包括嵌入有NFC天线且与充电模块分离的PCB。

图2是根据本公开实施例的无线充电设备的分解立体图。

图3是NFC天线缠绕在其周围的屏蔽组件的详细视图。

图4示出了其中NFC天线通过焊接被连接至屏蔽组件的线圈连接器的示例。

图5是缠绕有NFC天线的无线充电设备的侧视图和俯视图。

图6A和图6B分别示出了应用NFC天线的屏蔽组件和未应用NFC天线的屏蔽组件。

图7示出了将NFC天线与包括第一线圈的屏蔽组件的支架耦合的过程。

图8示出了由具有其中缠绕NFC天线的无线充电设备感测多个NFC卡所产生的数据。

具体实施方式

下面，将基于附图详细描述具有NFC功能的无线充电设备的实施例。

无论附图标号如何，相同或相似的部件被赋予相同的附图标号，并且将省略其重复描述。

在描述本说明书中公开的实施例时，当一个元件被称为“连接”到另一个元件时，它可以直接连接到另一个元件，但是应该理解，中间可以存在其他部件。

另外，在描述本说明书中公开的实施例时，如果确定相关已知技术的详细描述可能会模糊本说明书中公开的实施例的要旨，则将省略该详细描述。另外，附图仅是为了容易理解本说明书中公开的实施例，并且本说明书中公开的技术思想不受附图限制。并且应当理解，包括在本说明书的精神和技术范围内包括的所有改变、等同物或替代物。另外，本说明书的描述过程中使用的数字(例如，第一、第二等)仅是用于区分一个部件与另一个部件的识别符号。

作为在下面的描述中使用的部件的后缀的“模块”和“单元”考虑到撰写说明书的容易性而一起给出或使用，并且它们本身不具有彼此不同的含义或作用。

另外，术语“公开”可以用诸如文档、说明书和描述的术语来代替。

对于接触电力输送或无线充电，当包括由接收(Rx)线圈(或第二线圈)和电容器组成的匹配电路以及整流电路的接收模块靠近包括由发射(Tx)线圈(或第一线圈)和电容器组成的谐振电路、逆变器等的发射模块时，可以使高频交流电流流过第一线圈以在第一线圈和第二线圈之间产生磁耦合，从而将电力输送到接收模块。

将DC电力转换为AC电力并向第一线圈供应高频AC电力的逆变器的开关元件以高频操作，从而在逆变器和发射线圈中产生大量热。

一般来说，在无线充电器中，发射模块的发射(Tx)线圈和接收模块的接收(Rx)线圈之间的距离大约为3至7mm，并且考虑到放置待充电终端的接口壳体的厚度等，从发射线圈的上表面到壳体的上表面的距离大约为2至5mm。

然而，如图1所示，当用于NFC的PCB被放置在发射线圈上，即发射线圈与壳体之间，使得无线充电设备具有NFC功能时，由于发射线圈与壳体之间没有自由空间，因此难以自然冷却从发射线圈和逆变器产生的热，这限制了可能的冷却方法的类型。

由于高频交流电流流过的发射线圈中产生的磁场变化影响构成发射模块的诸如逆变器、供电设备、处理器和存储器的元件，因此无线充电设备的发射线圈通过屏蔽片与其他电子元件分离。

为了便于组装，包括发射线圈和屏蔽片的屏蔽组件和其上安装有逆变器、供电设备、处理器、存储器等的电路板(PCB)以模块形式组装。屏蔽组件被布置在接口盖下方，在接口盖上放置包括接收模块的智能终端，以及发射线圈面朝上，并且PCB布置在屏蔽组件下方。

在图1所示的具有NFC功能的传统无线充电设备的情况下，由于其中嵌入有NFC天线的PCB被布置在屏蔽组件和接口盖之间，如上所述，可能会出现与冷却相关的问题。

在根据本公开的实施例的无线充电设备的情况下，支架可以被设置在包括发射线圈的屏蔽组件中的发射线圈的外部，并且用于NFC天线的线圈可以被缠绕在支架周围，使得可以在不使用具有内置NFC天线的单独的PCB的情况下执行NFC功能。

另外，因为可以自由地改变支架的形状，所以可以根据屏蔽组件的尺寸或形状来调整用于NFC天线的线圈，从而最大化NFC天线的性能。

图2是根据本公开的实施例的无线充电设备的分解立体图，图3是围绕其缠绕有NFC天线的屏蔽组件的详细视图，图4示出了NFC天线通过焊接被连接至屏蔽组件的线圈连接器的示例，图5是缠绕有NFC天线的无线充电设备的侧视图和俯视图，并且图6A和图6B分别示出了应用NFC天线的屏蔽组件和未应用NFC天线的屏蔽组件。

根据本公开的实施例的具有NFC功能的无线充电设备1可以包括：上壳体10，其形成上表面，包括接收模块的智能终端被放置在上表面上；NFC线圈20，其用作NFC天线，用于与具有NFC功能的卡交换信号；屏蔽组件30，其中发射线圈位于屏蔽体(例如，铁氧体片)(未示出)上，用于阻挡发射线圈的电磁波；电力输送模块，其包括逆变器；用于处理通过NFC天线的NFC信号的NFC模块；嵌入有处理器等的主PCB 40；风扇保持器50；用于产生用于冷却的气流的风扇电机60；以及与上壳体10一起保护内部部件并且形成设备的外观的下壳体70。

指示要充电的智能终端放置的位置的标记可以被显示在上壳体10的上表面上。

NFC线圈20可以通过缠绕在屏蔽组件30上设置的支架上而用作NFC天线。用作NFC天线的NFC线圈20可以被布置在屏蔽组件30的屏蔽片上方，使得执行NFC功能不妨碍执行无线充电。

如图3所示，屏蔽组件30可以包括用于无线充电的发射线圈31(Tx线圈)、围绕其缠绕NFC线圈20的支架32、以及用于将NFC线圈20和发射线圈31连接到主PCB 40的线圈连接器33。

发射线圈31可以由两个或更多个线圈组成，以便加宽与将电力传输到接收模块的位置相对应的有源区域，并且可以通过制造PCB的方法具有多层螺旋路径形式的线圈图案。图2和3中的发射线圈31由三个线圈组成。

支架32可以被形成为在发射线圈31的外侧上朝上壳体10突出，并且可以具有引导肋和钩的形状以固定NFC线圈20。

可以基于屏蔽组件30的尺寸或形状自由地改变支架32的平面形状，以便最大化NFC天线的性能。另外，可以基于气流来调节支架32的平面形状或高度。

如图4、图6A和图6B所示，线圈连接器33可以被形成有多个向上和向下突出的引脚，并且通过形成具有一对引脚的焊盘并通过焊接将线圈的端部固定到焊盘，线圈可以被容易地电连接到引脚。

线圈连接器33可以由至少八个引脚组成，以连接NFC线圈20的两个端部和发射线圈31的两个端部，并且当发射线圈31由多个线圈组成时，引脚的数量可以更多。

如图6A和图6B所示，线圈连接器33向下突出的引脚可以被插入到主PCB 40上的孔中，以便将NFC线圈20和发射线圈31电连接到主PCB 40，并且插入到主PCB 40上的孔中的引脚可以被焊接到孔周围的焊盘以用于牢固的电连接。

孔或凹槽可以被形成在屏蔽组件30上，以形成空气通过风扇电机60产生的压力流动的路径，并且孔或凹槽可以被形成在相对侧上，使得空气通过路径可以穿过发射线圈31。

如图5和6A所示，具有NFC功能的无线充电设备1可以与缠绕在屏蔽组件30的支架32上的NFC线圈20一起运输，并且如图6B所示，不具有NFC功能的无线充电设备1可以在没有NFC线圈20的情况下被运输。

这样，通过模块化无线充电设备1的部件，可以基于设备是否具有NFC功能来容易地做出响应，从而降低制造成本，并且可以容易地响应客户的请求，从而缩短用于开发设备的周期。

图7示出了将NFC天线与包括第一线圈的屏蔽组件的支架耦合的过程。

如图7所示，代替将NFC线圈20直接缠绕在屏蔽组件30的支架32上，已经具有通过以屏蔽组件30的支架32的平面形状缠绕NFC线圈20而形成的形状的NFC天线可以被插入到支架32中。

图8示出了由其中缠绕有NFC天线的无线充电设备感测若干NFC卡所产生的数据。

利用要被用于该产品的NFC线圈制作类似尺寸的NFC天线，以便测试其是否能够识别不同类型NFC(例如，NFC-A、NFC-F、NFC-V、ISO-DEP等)的卡，并且如图8所示，识别NFC没有问题。

因此，可以利用其中要被用于放置PCB的空间，从而允许设计上更大的自由度，并且可以容易地改变NFC线圈的绕组的尺寸、数量等，从而可以灵活地响应客户的请求。

此外，还确认NFC功能已全面实现，并且可以通过降低成本来获得价格竞争力。

此外，在发射线圈和上壳体之间可以形成其中空气可以流动的空间，从而可以解决无线充电器中的发热问题。

根据本公开的无线充电设备可以描述如下。

根据本公开的实施例的无线充电设备可以包括：屏蔽组件，其中形成屏蔽体、用于通过磁感应耦合进行电力传输的第一线圈以及支架；固定至支架的NFC线圈；以及主PCB，其包括逆变器，逆变器将DC电力转换为AC电力并将其提供给第一线圈。

根据本公开的实施例，支架可以被形成在第一线圈的外部。

根据本公开的实施例，屏蔽组件还可以包括用于将第一线圈和NFC线圈连接到主PCB的线圈连接器。

根据本公开的实施例，线圈连接器可以由多个突出引脚组成，并且多个突出引脚可以被插入在主PCB上的对应位置处形成的孔中，使得第一线圈和NFC线圈可以被电连接到主PCB。

根据本公开的实施例，线圈连接器还可以包括多个焊盘，所述多个焊盘中的每个被连接到两个相邻的突出引脚，并且第一线圈或NFC线圈的端部可以通过焊接被固定到多个焊盘中的一个。

根据本公开的实施例，无线充电设备还可以包括用于产生气流的风扇电机。可以在屏蔽组件的相对侧上形成孔或凹槽，使得通过风扇电机产生的压力穿过第一线圈形成空气通过路径。

在整个描述中，本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的技术原理的情况下，可以进行各种改变和修改。因此，本发明的技术范围不限于本说明书中的详细描述，而是应由所附权利要求的范围来限定。

Claims (6)

1.一种无线充电设备，包括：

屏蔽组件，其中形成有屏蔽体、用于通过磁感应耦合进行电力传输的第一线圈以及支架，

NFC线圈，所述NFC线圈被固定至所述支架，以及

主PCB，所述主PCB包括逆变器，所述逆变器将DC电力转换为AC电力并将其供应至所述第一线圈。

2.根据权利要求1所述的无线充电设备，其中，所述支架被形成在所述第一线圈的外部。

3.根据权利要求1所述的无线充电设备，其中，所述屏蔽组件还包括线圈连接器，所述线圈连接器用于将所述第一线圈和所述NFC线圈连接至所述主PCB。

4.根据权利要求3所述的无线充电设备，其中，所述线圈连接器由多个突出引脚组成，并且所述多个突出引脚被插入到在所述主PCB上的对应位置处形成的孔中，使得所述第一线圈和所述NFC线圈电连接到所述主PCB。

5.根据权利要求4所述的无线充电设备，其中，所述线圈连接器还包括多个焊盘，所述多个焊盘中的每个被连接至两个相邻的突出引脚，并且所述第一线圈或所述NFC线圈的端部通过焊接被固定至所述多个焊盘中的一个。

6.根据权利要求1所述的无线充电设备，还包括用于产生气流的风扇电机，其中在所述屏蔽组件的相对侧上形成孔或凹槽，使得通过由所述风扇电机产生的压力穿过所述第一线圈形成空气通过路径。