TW202038044A

TW202038044A - 模組化無線行動電源系統

Info

Publication number: TW202038044A
Application number: TW109104885A
Authority: TW
Inventors: 特雷爾莫羅; 蘇菲亞Ｇ馬汀
Original assignee: 美商桑翠斯無線通訊有限公司
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2020-02-15
Publication date: 2020-10-16
Also published as: US20200266660A1; US11329506B2; WO2020168020A1

Abstract

一種為一電子裝置提供補充電力之模組化無線行動電源系統，包括：一具有一電池的行動電源，一用以無線磁感應耦合的充電表面，一行動電源機電連接器，以及一用以與該電子裝置耦合，被對準以透過無線磁感應耦合進行電力傳輸之工具；以及一桌上架包含：一行動電源插座，被配置用以容納該行動電源，該行動電源插座包括一支架機電連接器，該支架機電連接器被對準以在將該行動電源插入該行動電源插座中時與該行動電源機電連接器配合，以及一電子裝置托架被配置用以容納該電子裝置，該行動電源插座與該電子裝置托架被對準，以分別容納該行動電源與該電子裝置，或者在該行動電源透過該附接工具耦合至該電子裝置時也是如此。本發明也可以包括一對應之車輛支架。

Description

模組化無線行動電源系統

本發明係關於模組化無線行動電源系統。更特別地，本發明係關於一種可附接至廣泛的電子裝置用以無線電力傳輸之行動電源，以及至少一用以對該行動電源充電的桌上架，該桌上架可由該行動電源或該電子裝置單獨使用，或在該行動電源被附接至該電子裝置時使用。

[相關申請案的參考] 本發明申請案係以2019年2月15日提交的美國臨時申請案第62805998號與2020年2月4日提交的美國實用新型申請案第16/781,353號主張優先權，並在此全部引用作為參考。

現代消費性電子裝置的運算速度、功能，以及使用時間不斷增加，使得電子裝置的電池使用時間也要跟著增加。消費者對消費性電子裝置是否滿意的一個重要因素是該消費性電子裝置的電池是否方便充電。無線磁感應充電技術能夠對適當配置的電子裝置進行充電，而無需藉由電氣接頭進行機械式互連，因此可大幅簡化充電過程，並使得電子裝置能夠輕易地提升環境密封性。

消費者遇到的另一個電子裝置充電的問題是，當他們在走動、乘車，辦公室或家庭環境之間移動時，需要更多的電子裝置充電／供電解決方案。例如，在進入車輛時，用戶通常將電源線連接到他們的電子裝置，然後將其架在車輛擋風玻璃或儀表板支架／安裝裝置中，讓電話朝向駕駛以便於觀看。類似地，當待在辦公室或家庭環境中較長時間時，可以利用單獨或許是插入式或無線充電基座。每一種機械連線和重新連線中都需要附加的硬體／纜線，並且會對電子裝置本身帶來相當的磨損。最後，電子裝置的機電連接點磨損可能導致裝置過早失效，導致可觀的更換成本。

智慧型手機的消費性電子市場主要由Android和Apple裝置主導。儘管Android與Apple的智慧型手機都配置了使用QI無線磁感應充電標準的無線磁感應充電功能，但無線充電技術通常僅限於一些整合至手機殼的特定電池組以及／或者桌上型充電底座能夠使用。

因此，本發明的目的是提供一種克服了現有技術的缺陷之模組化無線行動電源系統解決方案。

一具有無線磁感應充電功能（例如根據QI無線磁感應充電標準）的行動電源(power bank)2，其具有一充電表面4，該充電表面4耦合至包含在外殼(enclosure)8內的電池6，其中外殼8的尺寸設計為可以使充電表面4與需充電的電子裝置10的背面相配合。外殼8裝設有輸入以及／或者輸出行動電源機電連接器(power bank electromechanical connector)12，例如USB-C、USB-A，以及／或者專屬介面。因此，行動電源2也可以像傳統的行動電源一樣藉由直接連線來充電以及／或者給其他裝置充電。電源開關14也可以設置在外殼上以啟用／禁用行動電源2。外殼8還可以設置有安裝連接點，像是凹部(depression)16或外殼周圍的淺凹處，用以將行動電源2（以及它所連接的任何電子裝置10）固定在支架或托架上，例如固定在被配置用於擋風玻璃以及／或者儀表板安裝的車輛支架上。

如圖1至圖4所示，一具有無線磁感應充電功能（例如根據QI無線磁感應充電標準）的行動電源(power bank)2，其具有一充電表面4，該充電表面4耦合至包含在外殼(enclosure)8內的電池6，其中外殼8的尺寸設計為可以使充電表面4與需充電的電子裝置10的背面相配合。外殼8裝設有輸入以及／或者輸出行動電源機電連接器(power bank electromechanical connector)12，例如USB-C、USB-A，以及／或者專屬介面。因此，行動電源2也可以像傳統的行動電源一樣藉由直接連線來充電以及／或者給其他裝置充電。電源開關14也可以設置在外殼上以啟用／禁用行動電源2。外殼8還可以設置有安裝連接點，像是凹部(depression)16或外殼周圍的淺凹處，用以將行動電源2（以及它所連接的任何電子裝置10）固定在支架或托架上，例如固定在被配置用於擋風玻璃以及／或者儀表板安裝的車輛支架上。

圖1與圖2的行動電源2可透過鉸接的夾臂(clamp arm)18附接至所需的電子裝置10，夾臂18向外擺動並被彈簧偏壓至關閉位置，其可克服彈簧偏壓而延伸並牢固地夾持所需電子裝置的側面，如圖5與6所示。設置在外殼8上的夾臂釋放按鈕(clamp release button)20使鉸鏈夾臂脫離，便於延伸與附接電子裝置10。

圖3與圖4的行動電源2可替代地透過例如行動電源2的奈米吸力材料表面(nano-suction material surface)22附接，該奈米吸力材料表面22作為可重複使用的黏合表面，用以將行動電源2固定至電子裝置10。奈米吸力材料利用真空、負流體壓力，以及複數個奈米尺寸的吸盤(suction cup)牢固地黏合至對應的無孔表面。如圖7與圖8所示，複數個微型吸盤中的每一個在與無孔表面配合時，都會產生小真空狀態，藉此共同產生較大的吸力，使得行動電源2與需充電的電子裝置 10保持密合。藉由將行動電源2小心地撬開，以克服較大的吸力，可以將其與電子裝置10分離。因此，奈米吸力材料表面22可作為重複使用的牢固黏合劑而不會有殘留或結垢。

在另外的實施例中，可以利用夾臂18與奈米吸力材料表面22以及／或者其他可能可用的附接裝置，用以將行動電源2牢固地附接至最廣泛類型和尺寸範圍的電子裝置10。

一旦將行動電源2牢固地附接到電子裝置10，就可以啟動行動電源2，此時，行動電源2的無線感應充電邏輯與電子裝置10上類似的邏輯介接，使得行動電源2可以對電子裝置10的電池進行無線充電。由於行動電源2牢固地附接且外殼8相當薄，因此行動電源2與電子裝置10可被視為一具有最小附加重量或複雜度的通用單元，透過行動電源2的額外電池容量，可顯著延長電子裝置10的工作時間。要注意的是不需利用電子裝置10的機電連接器即可實現此額外的效用。行動電源2可與各種廣泛不同的電子裝置10配合使用，例如任何可無線充電的電子裝置10，其寬度可被夾臂18的可延伸範圍夾持（如圖1與圖2的實施例），以及／或者在電子裝置10（圖3和圖4的實施例）的充電表面附近具有無孔表面。

如圖9至圖13所示，行動電源2也可以與桌上架(desk stand)24一起使用。桌上架24既可以用作行動電源2的充電器，也可以用作電子裝置10的支撐件，將電子裝置10定向於直立位置以便於觀看電子裝置螢幕26，例如在辦公桌工作或將桌上架24放在臥室的邊桌上時，當行動電源2已充滿電，比如說已放了隔夜，就可隨時準備使用。桌上架24被配置用以與行動電源2（圖11）單獨使用，或者由電子裝置10單獨使用，或者將行動電源2固定在電子裝置10上（圖12與圖13）一起使用。

行動電源插座(power bank socket)28的尺寸被設計為容納行動電源2，行動電源插座28包括支架機電連接器30，其被對準以在將行動電源2插入行動電源插座28時，與行動電源機電連接器12配合。桌上架 24可包括導向槽(guide slot)32（參考圖9）讓行動電源2插入其中，然後使得行動電源機電連接器12對準，以輕鬆地與支架機電連接器30配合，將對連接器造成損壞的機會降至最小。通風口34可以做在桌上架的支撐表面(backstop surface)36上（參見圖9和13），以釋放因為對行動電源進行快速充電以及／或者從行動電源對附接的電子裝置10進行無線充電而產生的熱量。電子裝置托架(electronic device cradle)38的尺寸被設計成可容納與支撐電子裝置。行動電源插座28與電子裝置托架38彼此對準，以分別地或在行動電源2耦合至電子裝置10時容納行動電源與電子裝置。電子裝置托架38可裝有襯墊以安置電子裝置10，而不會在行動電源2與桌上架24機電互連時產生刮痕或不適當的作用力。

附接的電子裝置10的充電位準會被優先考慮。例如，在電子裝置10存在／耦合至行動電源2的情況下，電子裝置10會首先被行動電源2充電。如果以及／或者當電子裝置10被充滿電時，則行動電源2本身會被充電（透過桌上架24或其他直接連接的電源，像是車輛支架 40那樣）。桌上架24可以進一步包括輔助輸出埠39，像是USB-C、USB-A或專有介面，使得桌上架24可以為額外的裝置充電，進而在多個裝置正在充電時減少額外的牆壁插頭或電源接頭的需求（參考圖10與13）。

車輛支架40可用於將行動電源2以及／或者電子裝置10固定至安裝表面，像是車輛的擋風玻璃、儀表板，或通風口表面，如圖14至圖23所示。車輛支架40具有車輛托架(vehicle cradle)42，其具備行動電源保持部(power bank retention portion) 44與電子裝置保持部(electronic device retention portion)46，行動電源保持部 44與電子裝置保持部46被對準以分別容納行動電源2與電子裝置10，或者在行動電源2耦合至電子裝置10時也是如此。安裝部(mount portion) 48耦合至車輛托架42，安裝部48被配置用以將車輛支架40保持在所需的安裝表面上。

如圖14至圖16中最佳地示出的，車輛托架42被配置用以牢固地容納與保持行動電源2，例如透過在行動電源保持部44的突起(protrusion)50與設置在行動電源外殼8的周圍之凹部(depression)16之間的鍵合。熟悉此技藝者將可了解，由於行動電源與行動電源保持部44之間的鍵合，行動電源2更進一步與電子裝置10耦合，如上所述，因此提供了比傳統的車輛支架彈簧偏壓臂單獨夾住電子裝置的光滑邊緣，更牢固地固定在車輛支架40上的功能。在此可以使用行動電源彈出按鈕(power bank ejection button)52（參考圖15、17與18）將行動電源2推出並遠離車輛支架40，以便將行動電源2輕鬆地脫離車輛支架 40。車輛支架 40的電子裝置保持部46還可以設置有彈簧加載的夾臂18（如關於行動電源2所述），以額外的安全性夾持電子裝置10的外圍，或者在車輛支架40與電子裝置10一起使用而沒有行動電源2時也能固定。由此，可以在電子裝置保持部 46內牢固地保持各式各樣不同尺寸範圍的不同電子裝置10。

如在圖17和18中最佳地示出的，安裝部48可以利用例如由吸力蓋桿(suction cup lever)56致動的吸力蓋54，以將車輛支架40固定到任何光滑表面，例如車輛擋風玻璃或儀表板。此外，一球形接頭(ball joint)58可以藉由螺紋緊固環(tightening ring)60固定在車輛托架42與安裝部48之間的，藉此安裝在大範圍的有角度的光滑表面（擋風玻璃或儀表板角度）上以及／或者提供所附接的電子裝置10的廣泛觀看方向，以供車輛乘客以縱向或橫向方向觀看（也參考圖20與21）。

如圖22與圖23所示，車輛支架40的安裝部48可替代地利用在球形接頭58處附接至車輛托架42的通風把手(vent grip)62。通風把手62包括一對聚合物的或塗有聚合物的通風口夾(vent clip)64，在垂直和水平方向均開有槽口，使通風把手62可被配置並固定在薄的平面表面上，例如車輛暖氣／空調的垂直或水平的通風口散熱片。

在安裝時，可透過直接電源連接(power connection)66將行動電源2連接至車輛電源（例如CLA或USB埠）進行充電，而行動電源2本身可為附接的電子裝置10充電，使得電子裝置10能夠持續運作而無需與電子裝置10進行機電互連（圖16）。

圖24所示為行動電源2的內部元件與連接。行動電源2可以由提供給例如耦合到電池充電積體電路(battery charging integrated circuit)110的USB輸入端100的電力直接充電，該電池充電積體電路110進一步耦合至行動電源2的電池組(battery cell)120或電池組陣列。來自電池組120的電力被正規化為所需的電壓，例如藉由降壓／升壓型積體電路(buck boost type integrated circuit)130正規化，然後在無線充電積體電路160的控制下，輸送至例如USB輸出端140或另一個功率逆變器積體電路(power inverter integrated circuit)150，該積體電路驅動無線充電線圈170以透過感應耦合，例如透過QI無線磁感應充電標準傳輸功率。

圖25類似地顯示當耦合至配對的電源組時（如上面關於圖24所描述的）之桌上架的連接的內部元件，還包括透過電磁干擾濾波器(electromagnetic interference filter，EMI濾波器)210轉換輸入交流電(input alternating current power)200，交直流電(AC-DC)220整流後提供給行動電源機電互連的USB輸入端100，並進一步經過電壓調節器(voltage regulator)230到達桌上架24的Vbus 240，以為桌上架24的其他直接連接供電。

熟悉此技藝者應可理解，行動電源2對電子裝置（各式各樣不同的電子裝置，而不是特定型號）進行無線充電可排除了透過附加的纜線以及／或者連接器連接至電子裝置10的需求，這樣不僅簡化了互連需求，又延長了電子裝置10的使用壽命，因為已經消除了相對於電子裝置最常見的磨損／最終互連故障點。同樣地，行動電源使得其機電連接介面已經磨損／損壞以及／或者裝置上電池的電池容量衰減之電子裝置10能夠繼續使用。此外，桌上架 24與車輛支架 40讓電子裝置10快速融入辦公室或家庭環境，在該環境中電子裝置10可以再次長時間使用，而無需使用麻煩的一般機電附件來連接電子裝置10本身。

在前面的描述中已經參考了具有已知等效物的材料、比率、整數，或組成元件，這些等效物被納入本說明書中，如同已單獨闡述過。

儘管已經藉由對本發明實施例的描述來說明本發明，並且已經對實施例進行了相當詳細的描述，但是發明人的意圖不是用這些細節來限制所附申請專利範圍。熟悉此技藝者應可了解其他優點和修改是顯而易見的。因此，本發明在其更廣泛的方面不限於所示和描述的具體細節、代表性裝置、方法以及說明性範例。因此，在不脫離發明人的總體發明構思的精神或範圍的情況下，可以從這些細節中做出改變。此外，應當理解，在不脫離由所附申請專利範圍限定的本發明的範圍或精神的情況下，可以對其進行改進以及／或者修改。

2:行動電源 4:充電表面 6:電池 8:外殼 10:電子裝置 12:行動電源機電連接器 14:電源開關 16:凹部 18:夾臂 20:夾臂釋放按鈕 22:奈米吸力材料表面 24:桌上架 26:螢幕 28:行動電源插座 30:支架機電連接器 32:導向槽 34:通風口 36:支撐表面 38:電子裝置托架 39:輔助輸出埠 40:車輛支架 42:車輛托架 44:行動電源保持部 46:電子裝置保持部 48:安裝部 50:突起 52:行動電源彈出按鈕 54:吸力蓋 56:吸力蓋桿 58:球形接頭 60:緊固環 62:通風把手 64:通風口夾 66:電源連接 100:USB輸入端 110:電池充電積體電路 120:電池組 130:降壓／升壓型積體電路 140:USB輸出端 150:功率逆變器積體電路 160:無線充電積體電路 170:無線充電線圈 200:輸入交流電 210:電磁干擾濾波器 220:交直流電 230:電壓調節器 240:Vbus

本發明的附圖被納入本說明書中並構成本說明書的一部分，以繪示本發明的實施例，其中附圖中的相似附圖標記所指為相同的特徵或元件，並且不一定在每個附圖中都有詳細描述。它們與上述有關本發明的一般描述以及以下詳細實施例描述係用以解釋本發明的原理。圖1所示為一被配置用以與彈簧臂握把互連的示範行動電源之電子裝置接合側的前等距視圖；圖2所示為圖1的行動電源之後等距視圖；圖3所示為一被配置用以與奈米吸力材料表面互連的示範行動電源之電子裝置接合側的前等距視圖；圖4所示為圖3的行動電源之後等距視圖；圖5所示為圖1的行動電源的前等距視圖，該行動電源被定向為與一電子裝置耦合；圖6所示為圖5的電子裝置與行動電源彼此耦合之正等距視圖；圖7所示為圖3的行動電源的前等距視圖，該行動電源被定向為與電子裝置耦合；圖8所示為圖7的彼此耦合的行動電源與電子裝置的前等距視圖；圖9所示為示範的桌上架之前等距視圖；圖10所示為圖9的桌上架之後等距視圖；圖11所示為圖9的桌上架之前等距視圖，其中行動電源位於行動電源插座內；圖12所示為圖11的桌上架與行動電源之前等距視圖，其中電子裝置位於電子裝置托架中；圖13所示為圖12的桌上架、行動電源，以及電子裝置之後等距視圖；圖14所示為車輛支架的前等距視圖；圖15所示為圖14的車輛支架的前等距視圖，其具有定向為用以與行動電源保持部耦合的行動電源；圖16所示為圖14的車輛支架的前等距視圖，其中行動電源位於行動電源保持部並連接電源；圖17所示為圖16的車輛支架與行動電源之後等距視圖；圖18所示為圖17的車輛支架與行動電源之前等距視圖，其展示了藉由行動電源彈出按鈕從行動電源保持部將行動電源彈出；圖19所示為圖16的車輛支架與行動電源之前等距視圖，其中夾臂伸出以將電子裝置容納於電子裝置保持部中；圖20所示為圖16的車輛支架與行動電源之前等距視圖，其中電子裝置位於電子裝置保持部中，顯示為垂直方向；圖21所示為圖20的車輛支架之前等距視圖，顯示為水平方向；圖22所示為具有通風把手安裝部的車輛支架之前等距視圖；圖23所示為圖22的車載支架的後等距視圖；圖24所示為示範的行動電源的電路方塊圖；以及圖25所示為耦合至桌上架的示範行動電源的電路方塊圖。

2:行動電源

8:外殼

10:電子裝置

16:凹部

20:夾臂釋放按鈕

24:桌上架

26:螢幕

38:電子裝置托架

Claims

一種為一電子裝置提供補充電力之模組化無線行動電源系統，該系統包含：一行動電源包含：一電池、一用以無線磁感應耦合的充電表面、一行動電源機電連接器，以及一用以與該電子裝置耦合的耦合工具，其被對準以透過無線磁感應耦合進行電力傳輸；以及一桌上架包含：一行動電源插座，其被配置用以容納該行動電源，該行動電源插座包括一支架機電連接器，該支架機電連接器被對準以在將該行動電源插入該行動電源插座中時與該行動電源機電連接器配合，以及一電子裝置托架，其被配置用以容納該電子裝置，該行動電源插座與該電子裝置托架被對準，以分別容納該行動電源與該電子裝置，或者在該行動電源透過該耦合工具耦合至該電子裝置時也用以容納該行動電源與該電子裝置。
如請求項1所述之系統，其中該耦合工具是朝一關閉位置被彈簧偏壓之夾臂，其可克服彈簧偏壓而延伸，以夾持該電子裝置之側面。
如請求項1所述之系統，其中該耦合工具是包含複數個奈米尺寸的吸盤之奈米吸力材料表面。
如請求項1所述之系統，其中該電子裝置托架使得該電子裝置在一直立位置與從一前方位置可見的該電子裝置的一螢幕對準。
如請求項1所述之系統，其中該行動電源插座包括導向槽，在插入過程中對準該行動電源，以在該行動電源機電連接器與該支架機電連接器之間耦合。
如請求項1所述之系統，更包含在該行動電源插座的一背板中提供的通風槽。
如請求項1所述之系統，更包含在該桌上架的一底座中之一機電連接器。
如請求項1所述之系統，更包含一車輛支架；該車輛支架設有一車輛托架，該車輛托架具有一行動電源保持部與一電子裝置保持部，該行動電源保持部與該電子裝置保持部被對準以分別容納該行動電源與該電子裝置，或者在該行動電源透過該耦合工具耦合至該電子裝置時也容納該行動電源與該電子裝置；而該車輛支架係設有一耦合至該車輛托架之安裝部，該安裝部被配置用以將該車輛支架保持在一車輛的安裝表面上。
如請求項8所述之系統，其中該行動電源保持部具有複數突起，該些突起與設置在該行動電源的側邊緣中的複數凹部鍵合，以將該行動電源保持在該行動電源保持部內。
如請求項8所述之系統，其中該行動電源保持部具有一行動電源彈出按鈕，當按下時，其將該行動電源從該行動電源保持部中推出。
如請求項8所述之系統，其中該電子裝置保持部包括用於夾持該電子裝置的外圍之彈簧夾臂。
如請求項8所述之系統，其中該車輛托架可相對於該安裝部旋轉，因此該電子裝置係相對於該安裝面的一橫向或一縱向定向。
如請求項8所述之系統，其中該車輛托架係藉由一球形接頭耦合至該安裝部，該球形接頭可藉由一螺紋緊固環以一所需的方向固定。
如請求項8所述之系統，其中該安裝部包括一吸力蓋。
如請求項8所述之系統，其中該安裝部包括一對聚合物的或塗覆有聚合物之通風把手，該些通風把手垂直與水平的開槽。
一種為一電子裝置供電的方法，包含以下的步驟：提供一行動電源，其包含：一電池、一用以無線磁感應耦合的充電表面、一行動電源機電連接器，以及一用以與該電子裝置耦合之耦合工具，其被對準以透過無線磁感應耦合進行電力傳輸；提供一桌上架，其包含：一行動電源插座，其被配置用以容納該行動電源，該行動電源插座包括一支架機電連接器，該支架機電連接器被對準以在將該行動電源插入該行動電源插座中時與該行動電源機電連接器配合，以及一電子裝置托架，其被配置用以容納該電子裝置，該行動電源插座與該電子裝置托架被對準，以分別容納該行動電源與該電子裝置，或者在該行動電源透過該耦合工具耦合至該電子裝置時也用以容納該行動電源與該電子裝置；以及將該行動電源耦合至該電子裝置；將該電子裝置與該行動電源分別插入該電子裝置托架與該行動電源插座；以及透過無線磁感應耦合將電力從該行動電源傳輸至該電子裝置。
如請求項16所述之方法，其中該行動電源的該電池在充電之前，該電子裝置已被充滿電。