БЕСПРОВОДНОЕ ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к беспроводному зарядному устройству, в частности к беспроводному зарядному устройству, совместимому с несколькими различными беспроводными системами зарядки.
Уровень техники
Беспроводные зарядные устройства становятся все более популярными, в настоящий момент на выбор представлено несколько различных беспроводных систем зарядки. Пример беспроводной зарядной системы описан в патенте США №8,120,316 от 21.02.2012, которая может быть выбрана в качестве ближайшего аналога полезной модели.
Обычно различные беспроводные зарядные системы несовместимы друг с другом. Например, в беспроводных зарядных системах наиболее часто используют технологии зарядки Qi и Powermat. К сожалению, устройства, совместимые с технологией нельзя заряжать с помощью беспроводных зарядных устройств, использующих технологию Powermat , и наоборот. Таким образом, пользователям приходится выбирать беспроводную систему зарядки с одной из этих технологией или объединять и подключать друг к другу несколько беспроводных систем зарядки, чтобы выполнить зарядку определенного устройства.
Раскрытие полезной модели
Техническим результатом полезной модели является совместимость беспроводного зарядного устройства с несколькими популярными беспроводными системами зарядки с различными протоколами питания.
Для этого предложено беспроводное зарядное устройство для перезаряжаемого устройства, совместимого с конкретной беспроводной зарядной системой и имеет принимающий элемент, выполненный с возможностью обеспечивать беспроводной прием энергии. Зарядное устройство содержит зарядный блок, имеющий передающий элемент, выполненный с возможностью обеспечивать беспроводную передачу энергии на принимающий элемент в соответствии с протоколом питания, выбранным из нескольких протоколов питания, который совместим с конкретной беспроводной системой зарядки.
Беспроводное зарядное устройство также содержит процессорный блок, выполненный с возможностью определять подходящую беспроводную систему зарядки и соответственно выбирать необходимый протокол зарядки. Процессорный блок может быть выполнен с возможностью сообщать информацию о протоколе зарядки контроллеру, который выполнен с возможностью запускать протокол зарядки.
Беспроводное зарядное устройство может содержать цепь питания, подключенную к источнику питания и выполненную с возможностью подавать электрическую энергию на контроллер.
Зарядный блок также может иметь зарядную поверхность, поддерживающую перезаряжаемое устройство, и ограничительное приспособление, фиксирующее перезаряжаемое устройство во время сеанса беспроводной зарядки с возможностью его снятия.
Принимающий элемент может включать в себя принимающую катушку, а передающий элемент может включать в себя несколько передающих катушек, причем по меньшей мере одна из передающих катушек выровнена относительно принимающей катушки для обеспечения беспроводной передачи энергии.
Используемая беспроводная система зарядки может использовать либо первую технологию индуктивной зарядки, либо вторую технологию индуктивной зарядки. При этом первый протокол зарядки соответствует индуктивной зарядке такого перезаряжаемого устройства, которое совместимо с первой технологией индуктивной зарядки, а второй протокол зарядки, соответствует индуктивной зарядке такого перезаряжаемого устройства, которое совместимо со второй технологией индуктивной зарядки.
Зарядный блок также может иметь несколько индикаторов состояния, соответствующих по крайней мере одному из протоколов зарядки и состоянию уровня заряда перезаряжаемого устройства.
Беспроводное зарядное устройство также может иметь USB-порт, причем одно перезаряжаемое устройство может заряжаться с помощью подключения к USB-порту, а второе перезаряжаемое устройство может одновременно заряжаться с помощью беспроводной передачи энергии, используя зарядный блок.
Описанное беспроводное зарядное устройство может быть использовано в транспортном средстве. При этом система содержит основной модуль, который подключен через информационную сеть к транспортному средству и по крайней мере одному зарядному блоку. По крайней мере один зарядный блок состоит из нескольких зарядных блоков, управляемых основным модулем.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет собой вид сбоку в поперечном разрезе блока зарядки;
Фиг. 2 представляет собой вид сверху блока зарядки, где показана одна конфигурация передающего элемента;
Фиг. 3 представляет собой вид сверху блока зарядки, где показан ограничитель в первом положении, в котором он фиксирует перезаряжаемое устройство, имеющее первое значение ширины;
Фиг. 4 представляет собой вид сверху блока зарядки, где показан ограничитель во втором положении, в котором он фиксирует перезаряжаемое устройство, имеющее второе значение ширины;
Фиг. 5 представляет собой схематическое представление системы зарядки для использования в транспортном средстве, в которой блок зарядки работает как автономное устройство;
Фиг. 6 представляет собой схематическое представление системы зарядки для использования в транспортном средстве, в которой блок зарядки работает как вспомогательное устройство, управляемое основным модулем.
Осуществление полезной модели
В качестве примера для облегчения понимания сущности настоящего изобретения в документе описана конструкция для установки в транспортном средстве. Однако следует понимать, что полезная модель подходит и для различных других вариантов установки.
На Фиг. 1 изображен блок 10 зарядки установлен заподлицо с поверхностью 12 внутренней отделки 13 транспортного средства. Предпочтительно, чтобы поверхность 12 была легко доступна и не затрудняла использование других систем транспортного средства. Примером подходящей поверхности 12 может быть центральная консоль транспортного средства. Для установки блока 10 зарядки на поверхность 12 блок 10 зарядки может включать в себя несколько монтажных ушек 14, которые прикреплены к нижней стороне поверхности 12.
Блок 10 зарядки включает в себя корпус 16, который предпочтительно является пластиковым и задает границы внутреннего пространства 18 и зарядной поверхности 20. Зарядная поверхность 20 предпочтительно представляет собой одноцветную поверхность класса А, на которую устанавливается перезаряжаемое устройство 22, например, сотовый телефон или иное портативное электронное устройство, совместимое с блоком 10 зарядки. В описываемом примере внутренние компоненты расположены во внутреннем пространстве 18 в виде многоуровневой конструкции 19. Первый уровень содержит передающий элемент 24, выполненный с возможностью обеспечивать беспроводную передачу энергии на принимающий элемент 26, который подключен стандартным способом к перезаряжаемому устройству 22 для обеспечения зарядки аккумулятора перезаряжаемого устройства 22. Второй уровень содержит экранирующий элемент 28, например, феррит, который обеспечивает снижение влияния электромагнитного поля (EMF), создаваемого во время беспроводной передачи энергии. Третий уровень содержит теплоотвод 30, который минимизирует рассеивание энергии и предпочтительно изготовлен из алюминия или меди. Четвертый уровень содержит печатную плату 31 (сокращенно, PCB), которая выполнена с возможностью подавать энергию на передающий элемент 24, обеспечивающий беспроводную зарядку перезаряжаемого устройства 22. Питание на PCB 31 поступает от источника питания транспортного средства (не показан), также она может быть электрически подключена к источнику питания транспортного средства с помощью стандартного многожильного кабеля 33 транспортного средства. Для поддержки многоуровневой конструкции 19 могут быть использованы распорные втулки 34, расположенные во внутреннем пространстве 18 между РСВ 31 и нижней поверхностью 35 корпуса 16.
В общем случае передающий элемент 24 и принимающий элемент 26 должны быть точно выровнены, что позволит обеспечить оптимальную эффективность беспроводной зарядки. В частности это касается стандартных беспроводных систем зарядки, использующих технологию питания Qi или Powermat, каждая из которых использует уникальный протокол питания для зарядки различных совместимых устройств, оборудованных соответствующими принимающими элементами 26. Следовательно, одной из проблем создания беспроводного зарядного устройства, совместимого с несколькими различными протоколами питания, является упрощение эффективной беспроводной передачи энергии между передающим элементом 24 и принимающим элементом 26 с учетом того, что положение принимающего элемента 26 и/или протокол питания будет меняться в зависимости от самого устройства и/или используемой беспроводной системой зарядки.
Для решения данной проблемы в одном из вариантов воплощения блок 10 зарядки, изображенный на Фиг. 2, выполнен с возможностью заряжать перезаряжаемое устройство 22, используя индукцию. В данном примере передающий элемент 24 включает в себя одну или несколько передающих катушек 36, выполненных с возможностью с помощью индукции передавать энергию на принимающий элемент 26 устройства, совместимого с протоколом Qi или Powermat, который обычно представляет собой принимающую катушку (не показана). Как было сказано выше, место для принимающего элемента 26 в конкретном перезаряжаемом устройстве 22 может быть не всегда определено, что может помешать точно выровнять передающий элемент 24 и принимающий элемент 26. Для того чтобы учесть этот фактор, три передающие катушки 36, предпочтительно с многожильными обмоточными проводами, в данном примере расположены и выполнены таким образом, чтобы практически совпадать с поверхностью 20 зарядки для обеспечения точного выравнивания по крайней мере одной из передающих катушек 36 относительно принимающей катушки, чтобы можно было начать сеанс зарядки.
Во избежание смещения перезаряжаемого устройства 22 и возможной потери выравнивания принимающей катушки относительно передающей катушки (катушек) 36 может быть использован ограничительное устройство 38 или иное подходящее фиксирующее приспособление, как показано на Фиг. 3 и 4. Ограничительное устройство 38 включает в себя первый ограничивающий элемент 38a, расположенный напротив второго ограничивающего элемента 38b, при этом каждый ограничивающий элемент 38a, 38b выполнен с возможностью перемещаться от центра зарядной поверхности 20 так, чтобы между двумя ограничивающими элементами 38a, 38b могло быть вставлено перезаряжаемое устройство 22. Кроме того, ограничивающие элементы 38a, 38b могут быть подпружинены с возможностью перемещения, что позволит вернуть каждый ограничивающий элемент 38a, 38b в центр зарядной поверхности 20. Таким образом, ограничительное устройство 38 создает необходимое удерживающее усилие, которое позволит зафиксировать перезаряжаемые устройства 22 различной ширины с возможностью их снятия с поверхности 20 зарядки так, чтобы обеспечить непрерывную индуктивную зарядку.
На Фиг. 5 и 6 в общем виде изображены две зарядные системы 39, используемые внутри транспортного средства, при этом каждая зарядная система 39 выполнена с возможностью обеспечивать беспроводную зарядку устройств, совместимых с протоколами Qi и Powermat, и включает в себя блок 10 зарядки, аналогичный описанному выше.
Как показано на каждом схематическом изображении зарядная система 39 включает в себя первый контроллер 40 и второй контроллер 42, которые являются составными частями зарядного блока 10. Первый и второй контроллеры 40, 42 соединены с передающими катушками 36 и получают питание от цепи 44 питания. Первый контроллер 40 выполнен с возможностью включать беспроводную зарядку, использующую протокол питания Qi, а второй контроллер 42 выполнен с возможностью включать беспроводную зарядку, использующую протокол питания Powermat. Необходимо понимать, что первый и второй контроллеры 40, 42 выполнены так, чтобы работать по одному, т.е. во время работы одного из них, другой будет выключен. Также следует отметить, что протоколы питания Qi и Powermat имеют различные значения рабочего напряжения. Обычно протокол питания Qi работает при напряжении около 19 В постоянного тока, а протокол питания Powermat работает при напряжении около 18 В постоянного тока. Для подачи нужного напряжения на первый и второй контроллеры 40, 42 цепь 44 питания подключены к источнику питания транспортного средства, который обычно создает напряжение 12 В постоянного тока. Цепь 44 питания включает в себя DC-DC преобразователь 45 для преобразования напряжения 12 В постоянного тока в 19 В постоянного тока, тем самым, выполняя требование к напряжению для первого контроллера 40. Для выполнения требования к напряжению второго контроллера 42 можно дополнительно последовательно подключить к цепи 44 питания диод 46 для понижения напряжения с 19 В постоянного тока до 18 В постоянного тока. Специалистам в данной области техники понятно, что для получения различных потенциалов могут быть использованы другие конфигурации цепи.
Дополнительно зарядная система 39 может включать в себя один или более индикатор 48 состояния, выполненный с возможностью выдавать информацию о зарядке пассажиру транспортного средства и размещенный на видимой поверхности блока 10 зарядки. Например, для информирования пассажира транспортного средства о том, какой протокол питания используется в настоящий момент, могут быть использованы первый и второй индикаторы 48a, 48b состояния, соответствующие первому и второму протоколу питания. Также зарядная система 39 может включать в себя третий индикатор 48 с состояния, который используется для информирования пассажира транспортного средства о текущем состоянии уровня заряда перезаряжаемого устройства 22. Предпочтительно, чтобы все индикаторы 48 состояния внешне отличались друг от друга таким образом, чтобы пассажир мог легко понять отображаемую информацию. Например, подходящие первый и второй индикаторы 48a, 48b состояния могут представлять собой лампочки разных цветов и/или подсвечиваемый логотип, соответствующий определенному протоколу питания, при этом третий индикатор 48 с состояния может представлять собой подсвечиваемое изображение аккумулятора, на котором указан процент заряда и/или распределение заряда.
Зарядная система 39 может также дополнительно иметь USB-порт 49, чтобы пассажир мог прервать беспроводную зарядку и использовать вместо этого стандартную проводную зарядку перезаряжаемого устройства 22 через USB-порт 49. При наличии USB-порта 49 можно одновременно заряжать по крайней мере два перезаряжаемых устройства 22, при этом одно будет заряжаться с помощью USB-порта 49, а другое - с помощью зарядного блока 10. Также понятно, что для проводной зарядки можно использовать и другие виды соединений.
В зарядных системах 39 может быть использован микроконтроллер 50 или другой подходящий процессорный блок, который выполнен с возможностью подключаться к другим компонентам зарядной системы 39, например, к первому и второму контроллерам 40, 42, используя коммутируемую локальную сеть (LIN) 51, или к сети транспортного средства, используя шину 52 локальной сети контроллеров (CAN). Таким образом, за счет возможности подключения к сети можно получить дополнительные преимущества, которые позволят использовать различные полезные функции при объединении зарядной системы 39 с существующими системами транспортного средства. Например, когда аккумулятор транспортного средства будет сильно разряжен, активный сеанс зарядки может быть выборочно отключен, чтобы аккумулятор транспортного средства мог дольше поддерживать работу других систем транспортного средства. В другом примере передний центральный дисплей и/или аудиосистема транспортного средства могут быть использованы для предоставления полезной информации о зарядке, включая уровень заряда для определенного перезаряжаемого устройства 22, или для оповещения пассажира об обнаружении интерактивной системой транспортного средства несовместимого устройства. В еще одном примере интерактивная система транспортного средства может быть также использована для оповещения пассажира об обнаружении случайного включения «двойной» зарядки, которая может возникнуть при установке перезаряжаемого устройства 22, подключенного к USB-порту 49, на зарядной поверхности 20 для выполнения беспроводной зарядки, поскольку это может привести к повреждению перезаряжаемого устройства 22 и/или зарядной системы 39. Несмотря на то, что выше приведено несколько примеров преимуществ, получаемых за счет возможности подключения к сети транспортного средства, специалистам в данной области техники понятно, что возможны также и другие эффективные системы.
Как показано на Фиг. 5, в зарядном блоке 10 предусмотрены цепь 44 питания и микроконтроллер 50. В данной конфигурации зарядный блок 10 может работать как автономное устройство, в котором есть встроенная зарядная система 39, только при этом он требует наличия внешнего источника питания. Как было сказано выше, зарядный блок 10 может быть встроен в поверхность 12 транспортного средства с помощью монтажных ушек 14 или иного подходящего крепежного приспособления.
На Фиг. 6 показана альтернативная конфигурация, в которой цепь 44 питания и микроконтроллер 48 могут быть установлены в основной модуль 54, расположенный отдельно от зарядного блока 10, и встроены в подходящую конструкцию и/или систему транспортного средства. В данной конфигурации зарядный блок 10 работает как вспомогательное устройство, управляемое основным модулем 54, который запускает сеанс зарядки и подает напряжение на зарядный блок 10, используя встроенные цепь 44 питания и микроконтроллер 50. Благодаря отсутствию цепи 44 питания в зарядном блоке 10, можно уменьшить размеры системы, поскольку обычно цепь 44 питания и соответствующий DC-DC преобразователь 45 занимают больше места, чем другие компоненты системы зарядки. Таким образом, зарядный блок 10 может иметь меньшую толщину, что упрощает его установку в предпочтительных местах, например, в центральной консоли, подлокотниках и/или спинках сидений транспортного средства. Как было сказано выше, возможность подключения компонентов основного модуля 54 и зарядного блока 10 к сети является очень полезной, позволяя таким образом объединить дополнительные зарядные блоки 10 в сеть с основным модулем 54 и позволить пассажирам выполнять зарядку в большем количестве мест внутри транспортного средства.
В каждой из описанных конфигураций микроконтроллер 50 предназначен для запуска сеанса зарядки при обнаружении перезаряжаемого устройства 22 на зарядной поверхности 20 зарядного блока 10. Перезаряжаемое устройство 22 может быть обнаружено с помощью любого известного способа, например, измерения емкости, инфракрасных камер, Bluetooth-устройств, датчика обнаружения по прерыванию луча и/или реле давления. В начале сеанса зарядки микроконтроллер 50 сначала определяет, с каким протоколом питания совместимо перезаряжаемое устройство 22 - Qi или Powermat. Для этого микроконтроллер 50 посылает начальный запрос в виде ping-команды на приемник (не показан) перезаряжаемого устройства 22 с данными о последнем активном протоколе питания для определения совместимости. Обычно приемник предназначен для работы с конкретным протоколом питания и поставляется с соответствующими установленными принимающим элементом 26 и цепью питания, которые обычно встроены в перезаряжаемое устройство 22 или вставляются в держатель перезаряжаемого устройства 22. При обнаружении совместимости между микроконтроллером 50 и приемником происходит квитирование установления связи, при этом приемник сообщает о своем присутствии микроконтроллеру 50 с помощью передачи данных об уровне принимаемого сигнала или контрольных данных. В противном случае квитирования установления связи между микроконтроллером 50 и приемником 26 не происходит, в результате чего микроконтроллер 50. переходит к запросу следующего по очередности протокола питания и начинает подачу другого начального запроса. Таким образом, можно использовать несколько выбранных протоколов питания и проверять их описанным образом до тех пор, пока не будет выполнено квитирование установления связи. При отсутствии совместимых приемников по окончании перебора всех выдаваемых начальных запросов пассажир может быть оповещен о том, что было обнаружено несовместимое устройство.
Для системы 39 зарядки с Фиг. 5 и 6 последним активным протоколом питания является протокол Qi или Powermat, который обычно сохраняется в памяти микроконтроллера 44. При отсутствии активного протокола питания протокол питания Qi или Powermat может быть установлен в качестве протокола питания по умолчанию, и он будет использован в первом начальном запросе.
Когда нужный протокол питания будет определен, процесс беспроводной зарядки начнется после того, как по крайней мере одна передающая катушка 36 будет точно выровнена относительно принимающей катушки. В настоящее время протокол питания Qi может работать, используя одну и более передающих катушек 36, а протокол питания Powermat работает с использованием только одной передающей катушки 36. Таким образом, при зарядке устройства, совместимого с протоколом Powermat, необходимо выполнить процедуру определения того, какая из передающих катушек 36 наиболее точно выровнена относительно принимающей катушки, а затем подать сигнал второму контроллеру 42 на включение протокола питания Powermat, используя только выбранную передающую катушку 36 для наиболее эффективной беспроводной передачи энергии на принимающую катушку. Один из возможных способов включает в себя выполнение микроконтроллера 50 с возможностью выборочного подключения каждой передающей катушки 36 по одной к цепи 44 питания и выбор для зарядки принимающей катушки той передающей катушки 36, которая имеет наиболее высокое значение мощности нагрузки, а, следовательно, наиболее точное выравнивание, при этом остальные катушки остаются отключенными от цепи 44 питания. Подобный способ описан в патенте США №8,120,316 B2 на изобретение «Система беспроводной зарядки» на имя Kim-Yeung, все содержание данного патента включено в настоящее описание посредством ссылки.
Для зарядки устройства, совместимого с протоколом Qi, микроконтроллер 50 может также выбрать передающую катушку 36 в соответствии со способом, описанным для протокола питания Powermat, и передать сигнал первому контроллеру 40 о необходимости включения протокола питания Qi. Что касается устройств, совместимых с протоколом Qi, при необходимости достижения большей универсальности можно выполнить микроконтроллер 50 таким образом, чтобы он мог выбирать более одной передающей катушки 36 для обеспечения более эффективной зарядки устройства, совместимого с протоколом Qi, в системах, где принимающая катушка по крайней мере частично выровнена относительно более чем одной передающей катушки 36. Например, если обнаружено два самых высоких значения мощности нагрузки, которые практически равны, микроконтроллер 50 может попытаться использовать обе соответствующие передающие катушки 36 для зарядки устройства, совместимого с протоколом Qi, вместо выбора передающей катушки 36, имеющей одно самое высокое значение мощности нагрузки.
После выполнения зарядки в соответствии с выбранным протоколом питания или при преждевременном снятии перезаряжаемого устройства пассажиром микроконтроллер 50 сохраняет выбранный протокол питания в памяти, чтобы использовать его в качестве последнего активного протокола питания во время следующего сеанса зарядки.
Соответственно, в настоящем документе раскрыто беспроводное зарядное устройство, совместимое с несколькими различными протоколами. Беспроводное зарядное устройство может эффективно выполнять зарядку перезаряжаемых устройств, сконфигурированных таким образом, чтобы работать с различными протоколами питания, например, устройств, совместимых с протоколами Qi и Powermat, и может быть специально адаптировано для использования в транспортном средстве и подключаться к сети транспортного средства.