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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zur drahtlosen Ankopplung eines
elektronischen Geräts mit Funkverbindung, insbesondere
eines Mobiltelefons, an Einrichtungen eines Kraftfahrzeugs. Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Ankoppeln eines elektronischen
Geräts mit einer Funkverbindung.
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Die
Anmelderin hat bereits früher eine Patentanmeldung für
eine Anordnung zur Ankopplung eines Mobiltelefons an Einrichtungen
eines Kraftfahrzeugs und insbesondere zur Aufnahme des Mobiltelefons
innerhalb des Kraftfahrzeugs eingereicht. Die Anmeldung wurde in
WO 2007/118694 A1 veröffentlicht.
Bezüglich des Gebiets der vorliegenden Erfindung und bezüglich
spezieller Ausgestaltungen der Anordnung und des Verfahrens, die
nicht die Ladung eines Energiespeichers des elektronischen Geräts betreffen,
wird auf die
WO
2007/118694 A1 Bezug genommen. Die vorliegende Erfindung
betrifft insbesondere die Ladung des Energiespeichers. Dazu ist in
der
WO 2007/118694
A1 bezüglich eines Ausführungsbeispiels
einer Halterung eine Einrichtung zum induktiven (drahtlosen) Laden
eines Energiespeichers erwähnt, der Teil des Mobiltelefons
ist.
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Unter
einem induktiven Laden wird verstanden, dass Energie in Form von
elektromagnetischen Wellen bzw. Feldern zu dem elektronischen Gerät übertragen
wird und dort z. B. von einer Spule oder Antenne empfangen wird
und in den Energiespeicher eingebracht wird.
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Die
Funkverbindung zwischen dem elektronischen Gerät und Einrichtungen
des Kraftfahrzeugs kann unterschiedlichen Zwecken dienen. Es können auch
mehrere solcher Funkverbindungen zumindest zeitweise parallel aufgebaut
und betrieben werden. Wie bereits in der
WO 2007/118694 A1 beschrieben, dient
eine dieser Funkverbindungen der Ankopplung der Funkantenne des
elektronischen Geräts an die Fahrzeugantenne. Hierdurch
kann die Qualität der Funkverbindung zu fahrzeugexternen
Stationen wesentlich verbessert werden. Eine andere Art von Funkverbindung
ist eine solche, die dem Betrieb, insbesondere der Steuerung, des
elektronischen Geräts dient. Z. B. kann eine Freisprecheinrichtung über
die Funkverbindung bzw. eine Funkschnittstelle mit dem elektronischen
Gerät verbunden werden.
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Während
sich das Mobiltelefon in dem Kraftfahrzeug befindet und über
die Funkverbindung mit Einrichtungen des Kraftfahrzeugs verbunden
ist, kann sich das Fahrzeug bewegen.
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Wenn
nicht besondere Maßnahmen vorgesehen werden, kann sich
daher auch das elektronische Gerät relativ zu der Anordnung
zum Ankoppeln bewegen. Ferner sollen möglichst verschiedene elektronische
Geräte mit derselben Anordnung und möglichst ohne
die Verwendung spezieller, auf das Gerät angepasster Adapter
angekoppelt werden können. Z. B. soll es möglich
sein, ein Smart Phone und wahlweise ein sehr kleines Mobiltelefon
anzukoppeln. Dabei soll jeweils eine induktive, d. h. drahtlose Ladung
des Energiespeichers des elektronischen Geräts möglich
sein.
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Die
Position des elektronischen Geräts relativ zu der Ladeeinrichtung,
die die elektromagnetischen Felder zur Ladung des Energiespeichers
erzeugt (Primärseite) ist jedoch entscheidend für
eine effektive Energieübertragung und damit Ladung des Energiespeichers.
Andererseits ist es der Wunsch von Benutzern der Anordnung, das
elektronische Gerät nicht mit besonderem Fingergeschick
in eine spezielle Position bringen zu müssen. Vielmehr
möchten die Benutzer das elektronische Gerät möglichst
auf einfache Weise in der Anordnung ablegen.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung und
ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, die es dem Benutzer
ermöglichen, das elektronische Gerät auf einfache
Weise an die Anordnung anzukoppeln und auf diese Weise eine induktive
Ladung zu ermöglichen. Dabei soll auf Adapter für
den jeweiligen Mobiltelefontyp verzichtet werden können.
Dennoch soll die induktive Ladung effektiv sein.
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Es
wird vorgeschlagen, dass die Anordnung eine im Wesentlichen horizontal
verlaufende Oberfläche aufweist, auf die das elektronische
Gerät zur Ankopplung, d. h. sowohl zur Herstellung der
Funkverbindung als auch zur induktiven Ladung aufgelegt werden kann.
Allgemeiner formuliert weist die Anordnung daher eine Auflagefläche
zum Auflegen des elektronischen Geräts auf, so dass das
aufgelegte elektronische Gerät über die Funkverbindung
angekoppelt ist oder zumindest in der aufgelegten Position eine
Funkverbindung herstellbar ist.
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Um
das Mobiltelefon auch bei Einwirkung von externen Kräften,
wie sie bei Beschleunigungen oder Verzögerungen des Kraftfahrzeugs
auftreten können, in einer optimalen Position zu halten,
weist die Auflagefläche eine um eine senkrecht zur Auflagefläche
verlaufende Achse rotationssymmetrische Aussparung auf. Insbesondere
wenn die Auflagefläche im Wesentlichen eben ist und das
elektronische Gerät einen entsprechend der rotationssymmetrischen
Aussparung geformten Vorsprung aufweist, der mit geringem Spiel
von der Aussparung aufgenommen wird, wird das elektronische Gerät
in der Regel sicher in der optimalen Position gehalten. Die optimale
Position ist dabei nicht davon abhängig, welche Drehstellung
das elektronische Gerät bezüglich der Rotationsachse
hat. Sollte es einmal vorkommen, dass der Vorsprung die Aussparung
verlässt, etwa weil besonders hohe Stoßkräfte
oder Schwingungen mit ungünstiger Frequenz und Amplitude
auftreten, ist es sehr wahrscheinlich, dass das elektronische Gerät
wieder ohne eine Aktion des Benutzers in die optimale Position gelangt.
Der Grund hierfür liegt darin, dass das elektronische Gerät
in dieser Position die geringste potenzielle (mechanische) Energie
besitzt. Außerdem sind die Kontaktflächen zwischen dem
elektronischen Gerät und der Auflagefläche deutlich
geringer, wenn sich der Vorsprung nicht in der Aussparung befindet.
In diesem Fall sind beispielsweise lediglich Ränder des
Gehäuses des elektronischen Geräts und Teilbereiche
des Randes des Vorsprungs in Kontakt mit der Auflagefläche.
Dagegen ist der Vorsprung in der optimalen Position nahezu vollflächig
in Kontakt mit der Oberfläche der Aussparung und ist zumindest
bei den meisten Typen von elektronischen Geräten, die eine
ebene Gehäuseoberfläche aufweisen, auch diese
ebene Gehäuseoberfläche großflächig
in Kontakt mit der Auflagefläche. Das führt dazu,
dass in dieser optimalen Position die Haftreibung ein Maximum erreicht
und das elektronische Gerät in dieser Position fixiert
ist.
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Zusätzlich
zu der erfindungsgemäßen Anordnung und dem erfindungsgemäßen
Verfahren wird hier vorgeschlagen, dass durch eine einfache Modifikation
der Gehäuseoberfläche des elektronischen Geräts
gegenüber der üblichen durchgehend ebenen Gehäuseoberfläche
der genannte Vorsprung an dem elektronischen Gerät angeordnet
wird. Hierzu wird beispielsweise lediglich der üblicherweise vorhandene
Gehäusedeckel, unter dem sich der meist herausnehmbare
Energiespeicher befindet, durch einen Gehäusedeckel mit
dem genannten Vorsprung ersetzt, oder durch ein selbstklebendes,
und damit einfach nachrüstbares Kunststoffteil ausgebildet.
Gehäusedeckel und andere Gehäuseteile sind Ersatzteile
und Auswechselteile, für die bereits ein Markt besteht.
Insbesondere wenn der Vorsprung an dem elektronischen Gerät
durch die Oberfläche eines innenseitigen Hohlraumes gebildet
wird, kann in diesem Hohlraum die sekundärseitige Antenne
angeordnet werden, die die zur Ladung des Energiespeichers auf der
Primärseite erzeugten elektromagnetischen Wellen empfängt.
Bevorzugt wird, dass nicht nur der Gehäusedeckel ausgewechselt
wird, sondern auch der üblicherweise weitgehend quaderförmig ausgestaltete
Energiespeicher, und dass dieser Energiespeicher durch einen Energiespeicher
mit daran angeordneter sekundärseitiger Antenne ersetzt
wird, wobei sich die Antenne in den durch den Vorsprung gebildeten
Hohlraum befindet. Damit ist gewährleistet, dass die sekundärseitige
Antenne optimal bezüglich der Rotationsachse des Vorsprungs
ausgerichtet ist. Z. B. kann die sekundärseitige Antenne
im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu der Rotationsachse angeordnet
sein.
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Die
Anordnung zur drahtlosen Ankopplung eines elektronischen Geräts
weist ferner eine primärseitige Antenne zur Erzeugung elektromagnetischer Wellen
auf, die von einer sekundärseitigen Antenne des Mobiltelefons
empfangbar und zur Ladung eines Energiespeichers des elektronischen
Geräts nutzbar sind. Die primärseitige Antenne
ist derart relativ zu der Rotationsachse der Aussparung ausgerichtet, dass
die magnetische Flussdichte des von der primärseitigen
Antenne erzeugten elektromagnetischen Feldes im Vergleich zu parallelen
Achsen in Richtung der Rotationsachse maximal ist. Auf diese Weise
ist gewährleistet, dass eine wie beschrieben optimal positionierte
sekundärseitige Antenne mit maximaler Effizienz elektromagnetische
Energie empfangen und für die Ladung des Energiespeichers
bereitstellen kann.
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Vorzugsweise
ist die Aussparung kegelstumpfförmig. Wenn ein entsprechend
geformter kegelstumpfförmiger Vorsprung des elektronischen
Geräts in die Aussparung eingreift, ist eine besonders stabile
Positionierung des elektronischen Geräts erreicht. Z. B.
im Gegensatz zu einer kugelabschnittförmigen Aussparung
und entsprechendem Vorsprung wird die Ausrichtung in Richtung der
Rotationsachse bei der kegelstumpfförmigen Aussparung in
stabilerer Weise beibehalten.
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Die
Tiefe der Aussparung in Richtung der Rotationsachse beträgt
vorzugsweise 0,5 bis 3 mm, insbesondere 1 bis 2 mm. Versuche haben
gezeigt, dass bereits mit einer solchen geringen Tiefe ein elektronisches
Gerät sehr stabil in der optimalen Position gehalten werden
kann.
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Die
Auflagefläche ist vorzugsweise von einem Kunststoff gebildet,
der ein Abrutschen einer Geräteoberfläche erschwert,
aber nicht völlig verhindert, damit der Vorsprung des elektronischen
Geräts auch wieder in die Aussparung hineinrutschen kann.
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Es
wird bevorzugt, dass die primärseitige Antenne mit einer
Detektionseinrichtung kombiniert ist, die ausgestaltet ist zu detektieren,
dass die primärseitige Antenne eine elektromagnetische
Leistung emittiert, die von einer sekundärseitigen Antenne empfangen
und in elektrische Leistung umgewandelt wird. Z. B. kann die Detektionseinrichtung
in diesem Fall ein Signal erzeugen, das zu einer optischen und/oder
akustischen Anzeige führt. Damit kann der Benutzer darüber
informiert werden, dass die Ladung des Energiespeichers funktioniert.
Die Detektionseinrichtung kann z. B. die von der primärseitigen
Antenne aufgenommene elektrische Leistung messen oder auf andere,
an sich bekannte Weise detektieren.
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Ferner
wird ein Verfahren zur drahtlosen Ankopplung eines elektronischen
Geräts mit Funkverbindung, insbesondere eines Mobiltelefons,
an Einrichtungen eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, wobei
- – das elektronische Gerät
auf eine Auflagefläche aufgelegt wird, so dass das aufgelegte
elektronische Gerät über die Funkverbindung angekoppelt ist
oder zumindest in der aufgelegten Position eine Funkverbindung herstellbar
ist,
- – die Auflagefläche eine um eine senkrecht
zur Auflagefläche verlaufende Achse rotationssymmetrische
Aussparung aufweist,
- – eine primärseitige Antenne zur Erzeugung
elektromagnetischer Wellen vorgesehen ist und betrieben wird, so
dass die elektromagnetischen Wellen von einer sekundärseitigen
Antenne des elektronischen Geräts empfangen und zur Ladung
eines Energiespeichers des elektronischen Geräts genutzt
werden,
- – die primärseitige Antenne derart relativ
zu der Rotationsachse ausgerichtet ist, dass die magnetische Flussdichte
des von der primärseitigen Antenne erzeugten elektromagnetischen
Feldes im Vergleich zu parallelen Achsen in Richtung der Rotationsachse
maximal ist.
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Ferner
wird ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung zur drahtlosen
Ankopplung eines elektronischen Geräts mit Funkverbindung,
insbesondere eines Mobiltelefons, an Einrichtungen eines Kraftfahrzeugs
vorgeschlagen, wobei
- – als Teil der
Anordnung eine Auflagefläche zum Auflegen des elektronischen
Geräts vorgesehen wird, so dass das aufgelegte elektronische
Gerät über die Funkverbindung angekoppelt ist
oder zumindest in der aufgelegten Position eine Funkverbindung herstellbar
ist,
- – die Auflagefläche derart ausgestaltet wird,
dass sie eine um eine senkrecht zur Auflagefläche verlaufende
Achse rotationssymmetrische Aussparungen aufweist,
- – eine primärseitige Antenne zur Erzeugung
elektromagnetischer Wellen als Teil der Anordnung vorgesehen wird,
wobei die elektromagnetischen Wellen von einer sekundärseitigen
Antenne des elektronischen Geräts empfangbar und zur Ladung
eines Energiespeichers des elektronischen Geräts nutzbar
sind,
- – die primärseitige Antenne derart relativ
zu der Rotationsachse ausgerichtet wird, dass die magnetische Flussdichte
des von der primärseitigen Antenne erzeugten elektromagnetischen
Feldes – im Vergleich zu parallelen Achsen – in
Richtung der Rotationsachse maximal ist.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung beschrieben. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen
schematisch:
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1 einen
Abschnitt eines Mobiltelefons, wobei der oben liegende Gehäusedeckel,
unter dem sich ein aufladbarer Energiespeicher befindet, einen nach
oben vorspringenden kegelstumpfförmigen Vorsprung hat,
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2 das
Mobiltelefon gemäß 1, wobei die
Seite mit dem Vorsprung nach unten gerichtet ist und der Vorsprung
in eine entsprechend geformte kegelstumpfförmige Aussparung
einer Anordnung zur Ankopplung des Mobiltelefons an Einrichtungen
eines Kraftfahrzeugs hineinragt, wobei das Mobiltelefon auf eine
Auflagefläche der Anordnung aufgelegt ist,
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3 eine
Draufsicht auf die Anordnung gemäß 2,
die das in einer bestimmten Drehposition relativ zu der Rotationsachse
der kegelstumpfförmigen Aussparung ausgerichtete Mobiltelefon
auf der Auflagefläche zeigt.
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Der
Vertikalschnitt durch einen Teil eines Mobiltelefons 11,
der in 1 gezeigt ist, lässt ein Gehäuse 12 erkennen,
welches ein Fach 13 zur Aufnahme eines Energiespeichers 14 aufweist.
Bei dem Energiespeicher 14 handelt es sich z. B. um einen
Lithium-Ionen-Akkumulator oder um einen anderen elektrochemischen
Energiespeicher.
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Das
Fach 13 ist mit einem Deckel 15 verschlossen.
Der Deckel 15 weist einen kegelstumpfförmigen
Vorsprung 4 auf, der sich nach oben verjüngt und
der unten, innenseitig einen entsprechend geformten kegelstumpfförmigen
Hohlraum aufweist. In diesen Hohlraum ragt eine sekundärseitige
Antenne, z. B. eine Spule aus einer Vielzahl von Kupferdrahtwindungen,
hinein. Die sekundärseitige Antenne 3 ist an einem
für die Erfindung modifizierten Exemplar des Energiespeichers 14 befestigt.
Daher kann ein konventioneller Energiespeicher, der in der Regel
quaderförmig ist, gegen einen solchen Energiespeicher 14 ausgewechselt
werden, wobei außerdem noch der üblicherweise
ebene Batteriefachdeckel durch den in 1 dargestellten
Deckel 15 ausgewechselt wird.
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Außerdem
weist der Energiespeicher 14 die üblichen elektrischen
Kontakte 1 zum elektrischen Kontaktieren entsprechender
Kontakte des Mobiltelefons auf. Weiterhin ist in den Energiespeicher 14 eine
elektrische Ladeschaltung 2 integriert, die es ermöglicht,
die von der sekundärseitigen Antenne 3 aufgrund
der empfangenen elektromagnetischen Wellen durch Induktion erzeugte
elektrische Energie in den eigentlichen Energiespeicher, z. B. den
elektrochemischen Energiespeicher, zu laden.
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2 zeigt
ebenfalls einen vertikalen Schnitt, wobei jedoch der in 1 dargestellte
Teil des Mobiltelefons 11 anders orientiert ist. Der kegelstumpfförmige
Vorsprung 4 des Deckels 15 und die sekundärseitige
Antenne 3 sind mit ihrer Rotationsachse nach unten ausgerichtet.
Sie ragen in eine entsprechende kegelstumpfförmige Aussparung 17 einer
Anordnung 5 zum Ankoppeln des Mobiltelefons an Einrichtungen
des Kraftfahrzeugs hinein. Weitere Mittel, um insbesondere die Funkantenne
des Mobiltelefons 11 an Einrichtungen (z. B. Freisprecheinrichtung,
Außenantenne des Kraftfahrzeugs) anzukoppeln, sind in den
Figuren nicht dargestellt.
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2 zeigt
noch unmittelbar unterhalb der Aussparung 17 eine primärseitige
Antenne 6 zur Erzeugung der elektromagnetischen Wellen,
die von der sekundärseitigen Antenne 3 zu empfangen
sind. Die primärseitige Antenne 6 ist vorzugsweise
durch eine Vielzahl von Windungen eines elektrischen Leiters (z.
B. Kupferdraht) realisiert, wobei die Rotationsachse der Windungen
mit der Rotationsachse der kegelstumpfförmigen Aussparung 17 übereinstimmt.
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In
der Draufsicht von 3 ist das Mobiltelefon 11 in
einer beliebigen Drehposition um die Rotationsachse 18 der
sekundärseitigen Antenne 3 dargestellt. Dabei
befindet sich die primärseitige Antenne 3 in der
in 2 dargestellten Position innerhalb der Aussparung 17.
Obwohl die sekundärseitige Antenne 3 in der Draufsicht
nicht zu erkennen wäre, ist sie in 3 dargestellt,
um das Ausführungsbeispiel der Erfindung zu erläutern.
Das Mobiltelefon 11 könnte jede andere Drehstellung
um die Rotationsachse 18 einnehmen, wobei jedoch die sekundärseitige
Antenne 3 in jedem Fall innerhalb der Aussparung 17 oder
unmittelbar oberhalb der Aussparung 17 positioniert ist
und dabei die Rotationsachsen des Vorsprungs 4 des Deckels 15 und
der Aussparung 17 übereinstimmen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2007/118694
A1 [0002, 0002, 0002, 0004]