CN205104938U - 车载无线充电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种车载无线充电器，具有倾斜设置的工作面，工作面下方布置有主线圈，该主线圈为具有副线圈的手机充电，主线圈、副线圈符合Qi无线充电标准，工作面下方布置的主线圈为符合Qi标准的三线圈结构，主线圈平面与工作面平行，手机置于工作面上方。该工作面的尺寸和主线圈的位置使得该充电设备置于工作面上时，副线圈和主线圈的重合面积满足无线充电标准的要求。本实用新型通过设置倾斜的工作面、限制工作面的尺寸以及定位主线圈在工作面中的位置来达到手机只要能够被放置到工作面上，就始终处于有效充电区域的效果。

Description

车载无线充电器

技术领域

本实用新型涉及车载辅助设备，更具体地说，涉及一种车载无线充电器。

背景技术

电子设备越来越普及，电子设备的充电问题也越来越突出。随着无线充电技术的发展，也希望汽车具备有无线充电能力。

车载无线充电设备的出现符合目前技术发展潮流。车载无线充电设备也需要符合某一种无线充电标准，以与同样符合该无线充电标准的充电设备配合使用。目前最常用的充电设备是手机，手机中较为普遍的无线充电标准是Qi无线充电标准。

根据Qi无线充电标准，主线圈被布置成三线圈形式，三个线圈叠加形成一个近似于长方形的主线圈区域。手机中的副线圈与主线圈满足一定重叠面积要求，就能进行充电。通常手机中的副线圈是位于手机的中间区域，即副线圈的几何中心与手机的几何中心重叠。在传统技术中，三线圈结构在无线充电设备的工作面(A面)上也是居中布置，即三线圈结构的几何中心与A面的几何中心重叠。然后，在工作面上设置有售价的限位机构，该限位机构用于限制手机在A面上的位置，使得手机始终能够处于有效充电区域内。

对于车载设备来说，需要考虑到行驶安全的问题，不希望驾驶员需要分心去操作这些辅助设备。因此，这些限位机构的存在并不合适。这些限位机构需要驾驶员分心操作，容易产生安全隐患。

实用新型内容

本实用新型旨在提出一种车载无线充电器，通过工作面的尺寸设计和主线圈的布置位置来使得手机放置到工作面上时，始终处于有效充电范围内。

根据本实用新型的一实施例，提出一种车载无线充电器，具有倾斜设置的工作面，工作面下方布置有主线圈，该主线圈为具有副线圈的手机充电，主线圈、副线圈符合Qi无线充电标准，工作面下方布置的主线圈为符合Qi标准的三线圈结构，主线圈平面与工作面平行，手机置于工作面上方。该工作面的尺寸满足下述条件：

宽度W满足W1≤W<L2，其中W1为具备Qi无线充电功能的手机的最大宽度，L2为具备Qi无线充电功能的手机的最小长度；

长度L满足L1≤L≤2(l’m+1/2L2)，其中L1为具备Qi无线充电功能的手机的最大长度，L2为具备Qi无线充电功能的手机的最小长度，l’m＝D-A’，其中D是固定值，为形成三线圈结构的主线圈总长度的一半，A’是固定值，为副线圈长度的一半。

在一个实施例中，工作面的倾斜角度α满足α＞arctgμ，其中μ为工作面表面与手机外壳之间的摩擦系数。

在一个实施例中，倾斜角度α满足20°<α<45°。

在一个实施例中，工作面呈矩形，工作面沿矩形的宽度方向倾斜。

在一个实施例中，主线圈的布置位置满足下述条件：

形成三线圈结构的主线圈在长度方向上的中轴线距离工作面在长度方向上任何一个侧边的距离J满足下述条件：

1/2L1≤J≤l’m+1/2L2，其中L1为具备Qi无线充电功能的手机的最大长度，L2为具备Qi无线充电功能的手机的最小长度，l’m＝D-A’，其中D是固定值，为形成三线圈结构的主线圈总长度的一半，A’是固定值，为副线圈长度的一半；

形成三线圈结构的主线圈在宽度方向上的中轴线距离工作面在宽度方向上的底边的距离H满足下述条件：

1/2·W1-lm≤H≤1/2·W2+lm，其中W1为具备Qi无线充电功能的手机的最大宽度，L2为具备Qi无线充电功能的手机的最小宽度，lm＝A+B-C；其中A是固定值，为主线圈长度的一半；B是可变值，为朝向A面底边的方向上，副线圈的边缘超出主线圈边缘的距离，B的取值范围小于副线圈宽度的1/3；C是固定值，为副线圈宽度的一半。

在一个实施例中，在工作面的表面具有辅助标记，辅助标记显示下述的至少其中之一：三线圈结构在长度方向上的中轴线、三线圈结构在宽度方向上的中轴线或者其三线圈结构的几何中心所处的位置。

在一个实施例中，车载无线充电器沿工作面的底边设置有边框。

在一个实施例中，车载无线充电器沿工作面的外轮廓设置有边框。

本实用新型通过设置倾斜的工作面、限制工作面的尺寸以及定位主线圈在工作面中的位置来达到手机只要能够被放置到工作面上，就始终处于有效充电区域的效果。

附图说明

本实用新型上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1a揭示了Qi无线充电标准中主线圈的尺寸参数。

图1b揭示了Qi无线充电标准中三线圈标准的布置方案。

图1c揭示了Qi无线充电标准中副线圈的尺寸参数。

图2揭示了根据本实用新型的一实施例的车载无线充电器的侧面结构示意图。

图3-图6揭示了根据本实用新型的一实施例的车载无线充电器的工作面尺寸以及主线圈位置的计算依据。

具体实施方式

本实用新型的车载无线充电器满足Qi无线充电标准。该车载无线充电器在其充电的工作面，即A面的正下方布置有三个线圈，该三个线圈的尺寸及布置方案依据Qi无线充电标准的三线圈标准布置。

参考图1a和图1b所示，Qi无线充电标准中的三线圈标准如下。参考图1a和下述的表1，三个线圈尺寸、缠绕匝数均一致，该三个线圈位于充电器中，称为主线圈。

表1

参数	图1a中标识	值
			外轮廓长度	dol	53.2±0.5mm
内轮廓长度	dil	27.5±0.5mm
			外轮廓宽度	dow	45.2±0.5mm
内轮廓宽度	diw	19.5±0.5mm
			厚度	dc	1.5±0.5mm
每一层的匝数	无	12圈
			层数	无	1层

图1b揭示，根据Qi无线充电标准，三线圈的布置方式为：以图1b中所示的参考坐标系X/Y坐标系为准，第一线圈C1与第二线圈C2的长度方向沿X轴，第三线圈C3的长度方向沿Y轴，X轴与Y轴互相垂直。第一线圈C1与第二线圈C2的在Y轴方向上互相对齐，在X轴方向上，第一线圈C1宽度方向的中轴与第二线圈C2宽度方向的中轴之间的间距d_oo为49.2±4mm。第三线圈C3宽度方向的中轴线与第一线圈C1、第二线圈C2长度方向的中轴线对准。在X轴方向上，第三线圈C3长度方向的中轴线位于第一线圈C1宽度方向的中轴与第二线圈C2宽度方向的中轴的中间位置。第三线圈C3长度方向的中轴线与第一线圈C1宽度方向的中轴之间的距离d_oe为49.2±4mm，第三线圈C3长度方向的中轴线与第二线圈C2宽度方向的中轴之间的距离也为49.2±4mm。

副线圈安装在待充电的设备中，用于与主线圈配合，接受主线圈输出的电磁能量为待充电的设备充电。参考图1c所示，Qi无线充电标准中的副线圈标准如下。参考图1c和下述的表2，

表2

参数	图1c中标识	值
			外轮廓长度	d’ol	44.25±0.25mm
内轮廓长度	d’il	28.75±0.25mm
			外轮廓宽度	d’ow	30.25±0.25mm
内轮廓宽度	d’iw	14.75±0.25mm
			厚度	d’c	0.6mm
每一层的匝数	无	14圈
			层数	无	1层

依据Qi无线充电标准，主线圈与副线圈需要满足一定的重合面积，才能达到所需要的充电效率，如果主线圈与副线圈的重合面积没有达到Qi无线充电标准中所规定的要求，则充电效率会降低。当主线圈与副线圈的重合面积小于2/3时，充电效率就下降为0。因此，A面的外轮廓尺寸需要满足下述的条件，当待充电的手机放置到A面上时，手机中的副线圈与主线圈的重合面积不小于2/3。此处2/3是以副线圈的面积为准，即副线圈至少有2/3的面积与三线圈结构的主线圈重合，以满足充电条件。

本实用新型的车载无线充电器的目的之一是实现手机的“自由放置”，即无论手机以何种方式放置在充电器的工作面上，手机都能够进行充电而不会出现由于放置的位置问题，主线圈与副线圈的重合面积过小导致充电无法进行的问题。

为了实现“自由放置”，本实用新型从以下几个方面入手：合理设置A面的尺寸，使得手机只能以一个方向被放入到A面上，手机以错误的方向无法放置到A面中；当手机被放置到A面上后，会自动移动到某一个固定的位置，所以无论手机放上A面的时候是在哪里，最终手机都会移动到一个预定的位置。就此，本实用新型对于A面进行了如下的设计：

本实用新型的车载无线充电器的充电的工作面，即A面为倾斜放置。图2揭示了根据本实用新型的一实施例的车载无线充电器的侧面结构示意图。由于A面为倾斜放置，因此当手机置于A面上时，会收到重力和摩擦力的作用。如图2所示，假设手机与A面的摩擦系数为μ。A面与水平面成一定角度α，当角度α达到一定的值时，手机因重力作用，会沿着A平面滑下。这时手机的重力G沿着A面对手机的作用力F＝mg·sinα大于手机在橡胶平面上受到的摩擦阻力f＝μ·mg·cosα，即mg·sinα＞μ·mg·cosα，计算出tgα＞μ。因此，当A面倾斜角α＞arctgμ时，手机会在重力作用下克服摩擦力，滑动到A面的底部，以实现定位的功能。大部分手机外壳为塑料或者光滑金属，而车载无线充电器的A面材料为橡胶。摩擦系数μ约为0.36，所以A面倾斜角α通常会＞20°。考虑到行驶的稳定性和安全性，A面倾斜角α通常也不会大于45°。

倾斜设置的A面解决的手机在A面上的自动定位问题，手机放到A面上后，会自动滑动到A面的底部。需要说明的是，在下述的描述和相关计算中，A面是沿其短边，即沿着宽度方向存在倾斜。

接下来还需要解决A面的外轮廓尺寸以及主线圈在A面上的定位的问题，以确保手机在A面上都能够满足主线圈和副线圈的面积重合要求。首先采集具备Qi无线充电功能的主流手机的外形尺寸数据。在下述的说明中，所列举的尺寸示例均以本申请提出时市场上的主流手机的尺寸为参考依据，本领域的技术人员需要了解，随着手机的不断更新，主流收集的尺寸也会产生变化，本实用新型的保护范围应当以所揭示的设计方案为准，而不是局限于所列举的尺寸。本领域的技术人员能够在当时的主流手机的尺寸出现更新时依据本实用新型的涉及方案更新无线充电器的尺寸。在本文中，具有无线充电功能的手机中，具有最大长度的是ZTEMAX，长度为164mm。具有最大宽度的是NokiaLumia1520，宽度为86mm。具有最小宽度的是IPONE5，宽度为61mm。具有最小长度的是IPHONE4，长度为125mm。下述的尺寸示例中，将以上述的最大手机长度L1、最大手机宽度W1、最小手机长度L2和最小手机宽度W2为例进行示例。

当手机被置于A面上时，首先需要满足方向的要求：手机的长度方向应当与A面的长度方向一致。目前的主流手机基本都具有接近矩形的外轮廓，A面也是大致呈矩形，因此手机以长度方向与A面一致的方式被放置到A面上。因此，A面的宽度W需要满足W≥W1，以使得具有最大宽度的手机也能被顺利放入。同时，W<L2，这样可以确保手机不会以错误的方向放置到A面上，如果手机以错误的方向被放置到A面上(即手机的长度方向与A面的宽度方向一致)，则会造成手机中的副线圈与主线圈的重合面积小于2/3的情况，使得手机无法充电。因为W<L2，所以手机以错误方向放置到A面上时是无法放入的。目前市场上的主流手机，长度尺寸均大于宽度尺寸，W1与L2之间存在较大差距，因此暂时不考虑W1>L2的情况。于是，A面的宽度W的尺寸为W1≤W<L2。

在满足了前述的各项条件之后，手机在A面上的放置已经具备了如下的特点：手机被放置到A面上，手机的长度方向与A面的长度方向相一致。并且，无论手机放置在A面上的什么位置，手机都会下滑至A面的底部。下面，还需要对A面的尺寸进行进一步的限制，并对主线圈在A面上的位置进行定位，以满足手机中的副线圈与主线圈的重合面积不小于2/3的条件。在下面的描述中，副线圈的几何中心与手机的几何中心重叠。由于A面是沿其短边，即沿着宽度方向倾斜，因此，当手机放置在A面上时，保持与A面相同的方向，手机也是短边(即宽度方向存在倾斜)。

图3-图6揭示了根据本实用新型的一实施例的车载无线充电器的工作面尺寸以及主线圈位置的计算依据。在图3-图6所示的图示中，依据所设置的参考坐标系，X’Y’坐标系，倾斜是沿着X’轴，X’轴左侧的边为高点，X’轴右侧的边为低点。当手机放置在A面上是，会下滑至A面的底部，即紧靠图示的A面的右侧边。

在X’方向上，主线圈的中轴线X2与A面的底边(图3和图4中所示的A面的最右侧边)之间的距离H应当满足下述的条件：当手机放置在A面上并且下滑至A面最低点时，副线圈(手机充电线圈)与主线圈(无线充电设备上的线圈)的重合面积不能小于2/3。

为了满足副线圈(手机充电线圈)与主线圈(无线充电设备上的线圈)的重合面积不能小于2/3的限制要求，副线圈的中轴线X1与主线圈的三线圈结构的中轴线X2之间的距离Im应当满足如下的条件：

X1与X2之间的距离(无论X1偏向于X2的哪一边)，Im不能超过一个上限值，超过该上限值会导致副线圈与主线圈的重合面积小于2/3。继续参考附图，Im可以计算如下

lm＝A+B-C；

其中A是固定值，为主线圈长度的一半；B是可变值，为朝向A面底边的方向上，副线圈的边缘超出主线圈边缘的距离，B的取值范围需要小于一个最大值，该最大值是副线圈宽度的1/3；C是固定值，为副线圈宽度的一半，A、B、C的取值分别为：

A＝1/2dol，B(max)＝1/3d’ow，C＝1/2d’ow；

依据B(max)能够计算得到lm(max)：

lm(max)＝A+B(max)-C＝1/2dol+1/3d’ow-1/2d’ow＝1/2·53.2+1/3·30.25-1/2·30.25＝21.56±0.25mm。

lm≤21.56±0.25mm。

当手机放置到A面上后，还需要考虑手机自身尺寸对于手机摆放位置的限制：具有最小宽度的手机摆放到A面上后，手机的中轴线X1与主线圈中轴线X2之间的距离(X1从X2向A面的底边偏移)要不大于Im。具有最大宽度的手机摆放到A面上后，手机的中轴线X1与主线圈中轴线X2之间的距离(X1从X2向A面的顶边偏移)要不大于Im。

由此计算得到，在X’方向上，主线圈中轴线X2距离A面底边的距离H满足：

1/2·W1-lm≤H≤1/2·W2+lm；

其中，W1是最大手机宽度，W2是最小手机宽度，以最大手机宽度W1＝86mm，最小手机宽度W2＝61mm计算。

H≤1/2·W2+lm，或者说Hmax＝1/2·W2+lm(max)＝61mm+(21.56±0.25mm)。图3揭示了上述计算过程。以最小手机宽度W2为依据，能够获得H的最大值，即上限值。

H≥1/2·W1-lm，或者说Hmin＝1/2·W1-lm(max)＝86mm-(21.56±0.25mm)。图4揭示了上述计算过程。以最大手机宽度W1为依据，能够获得H的最小值，即下限值。

A面在长度方向上的尺寸L需要满足以下的要求：L≥L1，即大于最大手机长度。相应的，A面侧边与主线圈长度方向中轴线的距离J需要满足J≥1/2L1，即Jmin＝1/2L1。

在Y’方向上，主线圈的中轴线Y2与A面的侧边(任何一侧的侧边)之间的距离L还应当满足下述的条件：当手机放置在A面上时，副线圈(手机充电线圈)与主线圈(无线充电设备上的线圈)的重合面积不能小于2/3。

为了满足副线圈(手机充电线圈)与主线圈(无线充电设备上的线圈)的重合面积不能小于2/3的限制要求，副线圈的中轴线Y1与主线圈的三线圈结构的中轴线Y2之间的距离I’m应当满足如下的条件：

Y1与Y2之间的距离(无论Y1偏向于Y2的哪一边)，I’m不能超过一个上限值，超过该上限值会导致副线圈与主线圈的重合面积小于2/3。继续参考附图，I’m可以计算如下

l’m＝D-A’；

其中D是固定值，为主线圈总长度的一半，即形成三线圈结构的三个主线圈组合后长度方向上总长度的一半。A’也是固定值，为副线圈长度的一半。D和A’的取值分别为：

D＝1/2·(doo+dow)，A’＝1/2d'ol；

l’m＝1/2·(doo+dow)-1/2d'ol＝1/2·(49.2±4mm)+1/2·(45.2±0.5mm)-1/2·(44.25±0.25mm)＝(47.2±2mm)–(22.125±0.125m)＝25.075±2mm。

当手机放置到A面上后，还需要考虑手机自身尺寸对于手机摆放位置的限制：具有最小长度的手机摆放到A面上后，手机的中轴线Y1与主线圈中轴线Y2之间的距离(Y1从Y2向A面的任何一个侧边的偏移)要不大于I’m。

J≤l’m+1/2L2。

L1是最大手机长度，L2是最小手机长度，以最大手机长度L1＝164mm，最小手机长度L2＝125mm计算。

J≤l’m+1/2L2，或者说Jmax＝l’m+1/2L2＝(25.075±2mm)+1/2·125mm。图6揭示了上述计算过程。以最小手机长度L2为依据，能够获得L的最大值，即上限值。

J≥1/2L1，或者说Jmin＝1/2·L1＝1/2·164mm。图5揭示了上述计算过程。以最大手机长度L1为依据，能够获得L的最小值，即下限值。

于是，主线圈的长度方向中轴线Y2距离A面的任何一个侧边的距离J满足：1/2L1≤J≤l’m+1/2L2。

A面长度方向的尺寸L满足L1≤L≤2Jmax，即L1≤L≤2(l’m+1/2L2)。

综合而言，

本实用新型的车载无线充电器的工作面为倾斜放置，倾斜角度α满足α＞arctgμ，其中μ为工作面表面与手机外壳之间的摩擦系数。通常，20°<α<45°。工作面沿宽度方向倾斜。

工作面的尺寸满足下述条件：

宽度W满足W1≤W<L2，其中L2为具备Qi无线充电功能的手机的最小长度。

长度L满足L1≤L≤2(l’m+1/2L2)，其中L1为具备Qi无线充电功能的手机的最大长度，L2为具备Qi无线充电功能的手机的最小长度，l’m＝25.075±2mm。

在工作面下方布置主线圈，主线圈为三线圈结构，主线圈的尺寸以及三线圈的布置方案满足Qi标准。三线圈与工作面平行。

其中，形成三线圈结构的主线圈在长度方向上的中轴线距离工作面在长度方向上任何一个侧边(短边)的距离J满足下述条件：

1/2L1≤J≤l’m+1/2L2，其中L1为具备Qi无线充电功能的手机的最大长度，L2为具备Qi无线充电功能的手机的最小长度，l’m＝25.075±2mm。

形成三线圈结构的主线圈在宽度方向上的中轴线距离工作面在宽度方向上的底边(位置较低的长边)的距离H满足下述条件：

1/2·W1-lm≤H≤1/2·W2+lm，其中W1为具备Qi无线充电功能的手机的最大宽度，L2为具备Qi无线充电功能的手机的最小宽度，lm≤21.56±0.25mm。

车载无线充电器沿工作面的外轮廓可以设置边框以明确外轮廓的范围。由于车载无线充电器是倾斜放置，因此在工作面的底边位置的边框是必须的，其他三个边的边框是可选的。

此外，在工作面的表面，可以具有辅助标记，辅助标记可以显示三线圈结构在长度方向上的中轴线、在宽度方向上的中轴线或者其几何中心所处的位置。

本实用新型通过设置倾斜的工作面、限制工作面的尺寸以及定位主线圈在工作面中的位置来达到手机只要能够被放置到工作面上，就始终处于有效充电区域的效果。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本实用新型的，熟悉本领域的人员可在不脱离本实用新型的实用新型思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本实用新型的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (8)

1.一种车载无线充电器，其特征在于，具有倾斜设置的工作面，工作面下方布置有主线圈，该主线圈为具有副线圈的手机充电，所述主线圈、副线圈符合Qi无线充电标准，所述工作面下方布置的主线圈为符合Qi标准的三线圈结构，主线圈平面与工作面平行，手机置于工作面上方；

所述工作面的尺寸满足下述条件：

宽度W满足W1≤W<L2，其中W1为具备Qi无线充电功能的手机的最大宽度，L2为具备Qi无线充电功能的手机的最小长度；

长度L满足L1≤L≤2(l’m+1/2L2)，其中L1为具备Qi无线充电功能的手机的最大长度，L2为具备Qi无线充电功能的手机的最小长度，l’m＝D-A’，其中D是固定值，为形成三线圈结构的主线圈总长度的一半，A’是固定值，为副线圈长度的一半。

2.如权利要求1所述的车载无线充电器，其特征在于，所述工作面的倾斜角度α满足α＞arctgμ，其中μ为工作面表面与手机外壳之间的摩擦系数。

3.如权利要求2所述的车载无线充电器，其特征在于，所述倾斜角度α满足20°<α<45°。

4.如权利要求1所述的车载无线充电器，其特征在于，所述工作面呈矩形，工作面沿矩形的宽度方向倾斜。

5.如权利要求4所述的车载无线充电器，其特征在于，所述主线圈的布置位置满足下述条件：

形成三线圈结构的主线圈在长度方向上的中轴线距离工作面在长度方向上任何一个侧边的距离J满足下述条件：

1/2L1≤J≤l’m+1/2L2，其中L1为具备Qi无线充电功能的手机的最大长度，L2为具备Qi无线充电功能的手机的最小长度，l’m＝D-A’，其中D是固定值，为形成三线圈结构的主线圈总长度的一半，A’是固定值，为副线圈长度的一半；

形成三线圈结构的主线圈在宽度方向上的中轴线距离工作面在宽度方向上的底边的距离H满足下述条件：

1/2·W1-lm≤H≤1/2·W2+lm，其中W1为具备Qi无线充电功能的手机的最大宽度，L2为具备Qi无线充电功能的手机的最小宽度，lm＝A+B-C；其中A是固定值，为主线圈长度的一半；B是可变值，为朝向A面底边的方向上，副线圈的边缘超出主线圈边缘的距离，B的取值范围小于副线圈宽度的1/3；C是固定值，为副线圈宽度的一半。

6.如权利要求5所述的车载无线充电器，其特征在于，在工作面的表面具有辅助标记，辅助标记显示下述的至少其中之一：

三线圈结构在长度方向上的中轴线、三线圈结构在宽度方向上的中轴线或者其三线圈结构的几何中心所处的位置。

7.如权利要求4所述的车载无线充电器。其特征在于，所述车载无线充电器沿工作面的底边设置有边框。

8.如权利要求7所述的车载无线充电器。其特征在于，所述车载无线充电器沿工作面的外轮廓设置有边框。