DE102014201989A1

DE102014201989A1 - Gerät zum drahtlosen Aufladen mit mehreren Protokollen für drahtloses Aufladen

Info

Publication number: DE102014201989A1
Application number: DE102014201989.3A
Authority: DE
Inventors: John Robert Van Wiemeersch; Michael Hrecznyj
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-02-06
Filing date: 2014-02-04
Publication date: 2014-08-07
Also published as: US20160365746A1; US20140217965A1; US9472963B2

Abstract

Ein Empfangsgerät ist dazu ausgebildet, mit einem aufladbaren Gerät verbunden zu werden, wobei das Empfangsgerät einen induktiven Bereich mit zumindest einer Empfangsspule zum Empfangen von magnetischem Fluss von einem induktiven Ladesystem enthält. Zusätzlich enthält das Empfangsgerät einen leitenden Bereich, der Kontaktstellen zum Empfangen von drahtloser elektrischer Leistung von einem leitenden Ladesystem aufweist. Zusätzlich enthält das Empfangsgerät einen Anschluss zum Übertragen von drahtloser, vom induktiven oder leitenden Ladesystem empfangener Leistung an das aufladbare Gerät, damit das aufladbare Gerät aufgeladen wird.

Description

Im Allgemeinen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf drahtlose Ladesysteme und insbesondere bezieht sie sich auf eine Gerätehülle, die zum Empfangen von mehreren drahtlosen Protokollen angepasst wurde.
Tragbare, batteriebetriebene elektronische Geräte, wie zum Beispiel Mobiltelefone, verwenden wiederaufladbare Batterien, die wieder aufgeladen werden müssen, wenn die Batterieladung verbraucht ist. Typischerweise beinhaltet das Aufladen von elektronischen Geräten eine physische Verbindung mit einem elektrischen Ladegerät mittels einer Drahtverbindung. In letzter Zeit wurden drahtlose Ladegeräte, wie z. B. induktive, magnetresonanzbasierende und leitende Ladekissen bereitgestellt, damit die Batterie ohne physische Drahtverbindung zwischen dem elektronischen Gerät und dem Ladegerät aufgeladen wird. Induktive oder magnetresonanzbasierende drahtlose Ladegeräte verwenden elektromagnetische Wandler, um ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, damit elektrische Energie vom Ladegerät an einen Empfänger auf einer Batterie oder einem batterieaufladungsverwaltenden Gerät übertragen wird. Leitende Ladekissen verwenden ein gleichstrombasiertes Kontaktstiftsystem.
Um drahtloses Aufladen von elektronischen Geräten zu ermöglichen, können drahtlose Ladesysteme in der Verbraucher-, Mobilfunk-, und Automobilindustrie verschiedene Normen und Technologien verwenden. Solche Ladesysteme enthalten typischerweise eine Gerätehülle, die so angepasst wird, dass sie an einem aufladbaren Gerät befestigt wird, und für ein bestimmtes drahtloses Protokoll ausgebildet ist. Jedoch kann eine bestimmte Hülle, die nur für ein drahtloses Protokoll ausgebildet wurde, für Kunden, die ihre Geräte an vielen verschiedenen Plätzen, die Ladestationen mit sich von dem der bestimmten Hülle unterscheidenden, drahtlosen Protokollen bereitstellen, aufladen müssen, ungelegen sein. Zum Beispiel kann ein drahtloser Ladebereich eines bestimmten Fahrzeugs mit einem leitenden Ladeprotokoll ausgeführt sein, während ein drahtloses Ladesystem in einem Flughafenrestaurant mit einem induktiven Ladeprotokoll ausgeführt sein kann. Daher können Kunden, die für leitendes Aufladen in einem Fahrzeug ausgeführte Hüllen besitzen, nicht außerhalb des Fahrzeugs vorhandene, induktive Ladebereiche nutzen, ohne eine separate, ein induktives Ladeprotokoll erlaubende Hülle zu erwerben und mit sich zu tragen. Es ist daher wünschenswert, eine Hülle, die es dem Kunden ermöglicht, sein Gerät leicht und effizient aufzuladen, egal ob die Hülle induktive oder leitende Leistung von einer drahtlosen Ladeoberfläche empfängt, bereitzustellen.
Gemäß eines Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung ist ein Empfangsgerät dazu ausgebildet, ein aufladbares Gerät aufzuladen, wobei das Empfangsgerät einen induktiven Bereich mit zumindest einer Empfangsspule, die magnetischen Fluss von einem induktiven Ladesystem empfangen kann, enthält. Zusätzlich enthält das Empfangsgerät einen leitenden Bereich, der Kontaktstellen zum Empfangen von drahtloser elektrischer Leistung von einem leitenden Ladesystem aufweist. Zusätzlich enthält das Empfangsgerät einen Anschluss zum Übertragen der drahtlosen vom drahtlosen oder leitenden Ladesystem empfangenen Leistung an das aufladbare Gerät, damit das aufladbare Gerät aufgeladen wird.
Gemäß eines weiteren Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung ist eine Hülle, die dazu ausgebildet ist, ein aufladbares Gerät aufzuladen, bereitgestellt. Die Hülle enthält einen induktiven Bereich zum Empfangen von drahtloser elektrischer Leistung von einem induktiven Ladesystem und einen leitenden Bereich, der Kontaktstellen zum Empfangen von drahtloser elektrischer Leistung von einem leitenden Ladesystem enthält. Die Hülle enthält ferner einen Anschluss zum Übertragen der drahtlosen, vom drahtlosen oder leitenden Ladesystem empfangenen Leistung an das aufladbare Gerät, damit das aufladbare Gerät aufgeladen wird.
Diese und andere Aspekte, Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann bei Lektüre der folgenden Beschreibung, Ansprüche und angehängten Zeichnungen verständlich und offensichtlich.
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines drahtlosen Leiterkissenladesystems mit einem mit einem Empfängerhüllengerät verbundenen, aufladbaren Gerät, das auf das System gelegt ist;
1A eine perspektivische Ansicht eines drahtlosen induktiven Ladesystems mit einem mit einem Empfängerhüllengerät verbundenen, aufladbaren Gerät, das auf das System gelegt ist;
2 eine perspektivische Vorderansicht, die die Positionen der induktiven und leitenden Bereiche der Empfängerhülle mit Bezug auf das aufladbare Gerät darstellt;
3 eine perspektivische Hinteransicht einer Empfängerhülle, die dazu verwendet wird, drahtlose Leistung von der Empfängerhülle an das aufladbare Gerät anzuschließen;
4 eine Vorderansicht der Empfängerhülle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, wobei versteckte Merkmale in Durchsicht gezeigt sind;
5 eine Schnittansicht entlang der Linie V-V in 4, die weiter die Empfängerhülle darstellt;
6 ein Funktionsblockdiagramm/Schaltkreis der Empfängerhülle für eine drahtlose Leistungsübertragung von dem Ladesystem auf das aufladbare Gerät;
7A ein schematisches Schaltbild der Isolationsdiodenschaltung der Empfängerhülle;
7B–7E vereinfachte schematische Ersatzschaltbilder der Isolationsdiodenschaltung, die auf die Positionen der Kontaktstifte auf dem drahtlosen System beruhen;
8 eine Logiktabelle, die das Mapping der Position der Kontaktstifte auf ein bestimmtes Schema der Isolationsdiodenschaltung, einschließlich der beispielhaften Schemen in 7B–7E, zeigt;
9 eine Logiktabelle, die das Mapping des Ladezustandes der Empfängerhülle und andere Bauteile, beruhend auf dem erfassten Eingangszustand, zeigt;
10 eine Draufsicht des drahtlosen Leiterkissenladesystems von 1, die mehrere aufladbare Geräte mit Empfängerhüllen auf dem Ladesystem darstellt; und
11A–11F Draufsichten des Ladesystems von 1, die mehrere Anordnungen von aufladbaren Geräten mit Empfängerhüllen auf dem Ladesystem darstellen.
Wie erfordert werden hier ausführliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden kann. Die Figuren enthalten nicht unbedingt einen ausführlichen Aufbau; einige Schaltbilder können übertrieben oder minimiert vorliegen, um eine Funktionsübersicht zu zeigen. Daher sollten spezifische strukturelle und funktionale Einzelheiten, die hier offenbart werden, nicht als einschränkend verstanden werden, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einem Fachmann zu lehren, die vorliegende Erfindung verschiedentlich zu verwenden.
Bezug nehmend auf 1 wird ein kabelloses bzw. drahtloses Ladesystem 10 zum Aufladen eines aufladbaren Gerätes 12 oder aufladbarer Geräte 12, die jeweils ein in der Form einer Hülle 14 gemäß einer Ausführungsform gezeigtes Empfangsgerät aufweisen, dargestellt. Das Ladesystem 10 empfängt elektrische Leistung von einer externen (nicht gezeigten) Leistungsquelle. Wenn das Gerät 12 mit der Empfängerhülle 14 verbunden ist, überträgt das Ladesystem 10 elektrische Leistung drahtlos auf das aufladbare Gerät 12 und es wird dadurch dem Gerät 12 ermöglicht, aufgeladen zu werden, wenn das Gerät 12 auf eine Kontaktfläche (z. B. Kissen) des Ladesystems 10 gelegt wird. Gemäß einer Ausführungsform enthält das System 10 eine Reihe von Leitern 16, die dazu vorgesehen sind, elektrischen Kontakt mit leitenden Ladestiften 20 auf der Unterseite der Empfängerhülle 14 herzustellen. Das Ladesystem 10, wie es in 1 gezeigt wird, kann eine Oberflächenanordnung mit abwechselnden positiven 16A und negativen 16B Kontaktstreifen aufweisen. Auf dem Empfänger 14 des Geräts 12 wird eine ausreichende Anzahl von Kontaktstiften 20 benötigt, damit sichergestellt ist, dass zumindest ein Kontaktstift 20 eine elektrische Verbindung mit einem positiv geladenen Streifen 16A aufweist, und dass zumindest ein Kontaktstift 20 einen zweiten Kontakt mit einer elektrischen Verbindung zu einem negativ geladenen oder gemeinsam geerdeten Streifen 16B aufweist, um dadurch elektrische Leistung, die leitend vom System 10 auf das Gerät 12 übertragen werden soll, bereitzustellen. Im gezeigten Ladesystem ist die Spannung am leitenden System 10 fix und unabhängig der Art des auf dessen Oberfläche gelegten Geräts 12, sodass jedes Gerät 12 mit auf die Oberfläche gelegter Empfängerhülle 14 selbst dafür verantwortlich ist, Leistung von der Oberfläche zu beziehen und diese so zu regeln, dass sie eine andere, niedere Spannung für den eigenen, unabhängigen Gebrauch aufweist. Daher ist das System ausgebildet, um mehreren Geräten mit verschiedenen Ladegeschwindigkeiten und Einschränkungen ausreichendes Aufladen am gleichen Ladesystem zu ermöglichen. Während 1 eine beispielhafte Ausführungsform des drahtlosen, zur leitenden Übertragung von elektrischer Leistung verwendeten Ladesystems 10 darstellt, ist die Empfängerhülle 14 auch dazu ausgebildet, das Gerät 12 drahtlos durch Induktion aufzuladen (wie es im Folgenden näher beschrieben wird), und es soll daher verstanden werden, dass das Ladesystem 10 nicht nur auf die leitende in 1 gezeigte Ausführung beschränkt ist, sondern dass es auch mit einer Schaltung, die eine oder mehrere Sendespulen von System 10 verwendet, ausgeführt werden kann, um ein magnetisches Feld für eine oder mehrere Empfangsspulen der Hülle 14 bereitzustellen, damit die Vorrichtung 12 induktiv aufgeladen wird.
Ein Beispiel eines kabellosen oder drahtlosen induktiven Ladesystems 10i ist in 1A dargestellt, wobei die Figur ein Gerät 12 zeigt, dessen Empfängerhülle 14 auf einem Kissen zum induktiven Aufladen liegt. Das induktive Ladesystem 10i enthält eine oder mehrere Sendespulen 16i zum Bereitstellen eines magnetischen Feldes, welches seinerseits von einer oder von mehreren Empfangsspulen, die wie hierin beschrieben in der Empfängerhülle 14 vorgesehen sind, empfangen wird. Es soll ferner verstanden werden, dass das drahtlose leitende Ladesystem und drahtlose induktive Ladesysteme in ein einziges drahtloses Ladekissen, wie zum Beispiel eines gemäß anderen Ausführungsformen mit separaten induktiven und leitenden Ladebereichen, integriert werden kann.
2 stellt die Empfängerhülle 14 und das aufladbare Gerät 12 dar. Die Empfängerhülle 14 enthält eingebettete magnetische Klemmen 22, einen zentralen induktiven Spulenbereich 24 und mehrere leitende Kontaktstifte 20, die in einer speziellen Ausführung nah am Rand der Hülle 14 oder in der Peripherie davon angeordnet sind. Das aufladbare Gerät 12 von 2 kann aufgeladen werden, indem die Hülle 14 im Wesentlichen auf das Gerät 12 gelegt wird, wodurch es dem Gerät 12 ermöglicht wird, durch entweder induktive oder leitende Mittel aufgeladen zu werden, und das verbundene aufladbare Gerät auf dem System 10 positioniert wird, wie in 1 beschrieben, oder auf ein induktives Ladesystem 10i, wie es in 1A gezeigt ist, positioniert wird. Die Hülle 14 kann aus Gel, Silicium oder einem schalenartigen Gehäuse bestehen, wie es in 2 gezeigt ist, wobei das Gehäuse auf dem Gerät 12 angebracht wird. Das Gerät kann ein Mobiltelefon, wie dargestellt, oder ein anderes Gerät, das im Allgemeinen weniger als 5–15 W benötigt (z. B. Kameras, tragbare Videospiele, MP3 Spieler, usw.), sein. Indem die Empfängerhülle 14 auf dem Gerät 12 über eine Verbindungsschnittstelle, die in der Hülle eingebettet ist und die mit der Ladeklemme des Geräts verbunden werden kann, angebracht wird, kann drahtlose leitende oder induktive Leistungstechnologie direkt zum Eingangsleistungsstift geleitet werden, wenn das Gerät 12 mit der angebrachten Empfängerhülle 14 auf ein drahtloses leitendes Ladesystem 10 oder drahtloses induktives Ladesystem 10i gelegt wird.
3 stellt die Empfängerhülle 14 mit mehreren Kontaktstiften 20, die in einer speziellen Ausgestaltung in der Nähe des Rands der Hülle 14 angeordnet sind, dar, wobei die Ausgestaltung eine drahtlose Leistungsübertragung unabhängig von der Orientierung des auf dem System 10 platzierten Geräts 12 sicherstellt (die Mathematik dahinter wird genauer mit Bezug auf 10 erklärt). Wie es im Beispiel von 3 gezeigt ist, gibt es in der Ausgestaltung sechs Kontaktstifte.
4 stellt eine Ausführungsform der Leistungsempfängerhülle 14 mit sowohl drahtloser leitender als auch drahtloser induktiver Leistungsabgabe dar. In der gezeigten Ausführungsform kann die Empfängerhülle 14 mit einem mehrere Bereiche aufweisenden Gehäuse ausgeführt sein, wobei das Gehäuse einen Empfangsspulenbereich 24 zum induktiven Aufladen, einen leitenden Leistungsbereich, der leitende Kontaktpunkte 20 enthält, Magnetbereiche 22, die mit den Kontaktstreifen genügend Magnetismus bereitstellen, und einen transparenten Bereich 25, damit eine Kamera und/oder ein Lampenteilbereich des aufladbaren Geräts 12 nicht verdeckt werden, einschließen. Es soll verstanden werden, dass die genaue Ausführung des Empfängerhüllengehäuses variieren wird, je nachdem welches spezifische Gerät 12 aufgeladen wird.
Empfangsspulenbereich 24 stellt mindestens eine Spule 27, die auf der Empfängerhülle 14 gebildet wird, bereit, während eine oder mehrere entsprechende elektromagnetische Sendespulen in einem induktiven Ladesystem 10i bereitgestellt werden können. Die Spulen und Hülle 14 übertragen Leistung induktiv an ein oder an mehrere aufladbare Geräte 12, die auf oder in der Nähe von der Sendespule positioniert sind. Die Sendespule eines induktiven Ladesystems kann dann die induktive Spule des Empfängers mittles elektromagnetischer Induktion aufladen, indem ein magnetischer Fluss erzeugt wird. In diesem drahtlosen induktiven Ladeverfahren werden die Sende- und Empfangsspulen in etwa parallel und konzentrisch zueinander ausgerichtet, damit die größtmögliche Ladungseffizienz erzielt wird. Eine Magnetkopplung wird zwischen dem aufladbaren Gerät 12 und dem drahtlosen Ladesystem 10i hergestellt, sodass Energie, die von der Empfängerhülle 14 von der Sendespule des Systems 10i empfangen wird, daraufhin gleichgerichtet und auf eine angemessene Gleichspannung (z. B. 5 Volt) geregelt werden kann, um die wiederaufladbare Batterie des aufladbaren Geräts 12 aufzuladen.
Leitende Leistungsbereiche 26A–26B, wie in 4 gezeigt, enthalten sechs Kontakte, die als Kontaktstifte 20 gezeigt sind, und zwar drei auf jeder Seite des induktiven Ladebereichs 24. Die Kontaktstifte 20 können mehrere Anschlussformate/-gestaltungen, wie z. B. Nullkraftstecker bzw. Zero-Insertion-Force-Kontaktstifte (ZIF-Kontaktstifte) aufweisen, um leitend elektrische Leistung von dem drahtlosen Ladesystem zu empfangen. Wie näher in 6 mit Bezug auf die Schaltung der Empfängerhülle 14 für drahtlosen Leistungstransfer erklärt wird, wird die an einem bestimmten Stift empfangene Spannung Z_V durch die Hülle 14 reduziert, damit eine reduzierte Spannungsausgabe X_V ausgegeben wird, sodass die Batterie des aufladbaren Geräts 12 genügend aufgeladen wird, ohne dass die Gefahr besteht, dass die Empfängerelektronik oder die Batterie des Geräts 12 beschädigt wird. Der vorgegebene reduzierte Spannungspegel X_V kann gemäß einer Ausführungsform 5 Volt sein, was eine Normmenge ist, die die der Batterie des Geräts 12 zur Verfügung gestellte Spannung nicht während des Aufladens des Geräts 12 überschreiten sollte. 4 zeigt ferner Magnete 22A–22D, die genügend Magnetismus zwischen Stiften 20 auf der Empfängerhülle 14 und den Kontaktstreifen 16 auf dem leitenden Ladesystem 10 bereitstellen. Genügend Magnetismus bereitzustellen ist besonders nützlich in Ladeumgebungen, wie in einem Kraftfahrzeug, wo ein auf dem Ladesystem 10 positioniertes Gerät 12 anfälliger auf Bewegung oder dem Herabfallen vom Ladesystem 10 sein könnte. Auf der langen Achse der Hülle 14 angeordnete Magnete 22A und 22B stellen den Großteil der Kontaktkraft bereit, um ein aufladbares Gerät 12 auf dem Aufladesystem 10 genügend zu festigen, während die Magnete 22C–22D auf der kurzen Achse der Hülle 14 die zusätzliche Kraft, die gebraucht wird, um das Gerät 12 zu stabilisieren, bereitstellen, wodurch das Gerät 12 an dem Bewegen oder Herunterfallen vom Ladesystem 10 gehindert wird. Die Magnete 22A–22D sind außerhalb und entfernt von der Koppelzone der niederfrequenten induktiven Empfangs- und Sendespulen positioniert, wodurch eine Beeinflussung der induktiven Energieübertragung, die dadurch bewirkt wird, dass Magnete in den Pfad des Sende/Empfangsspulen-Paars gesetzt werden, verhindert wird.
Die Leistungsempfängerhülle 14 mit sowohl leitender und induktiver drahtloser Leistungsabgabe enthält auch mehrere Abschirmungsgebiete, die dazu ausgeführt sind, magnetischen Fluss des Empfangsspulenbereichs 27, der die Funktion der anderen Bauteile der Hülle 14 und/oder des Ladesystems 10 wesentlich verändern kann, daran zu hindern, in das aufladbare Gerät 12 zu streuen. Die Abschirmung kann auf der inneren Oberfläche der Hülle 14 angebracht sein und/oder in die Hülle 14 geformt sein, sodass die Abschirmung sich im Wesentlichen zwischen jeder, in der Hülle 14 eingebetteten Leiterplattenschaltung (PCB-Schaltung) und den Sendespulen eines induktiven Ladesystems befindet.
Die Hülle 14 kann auch ein transparentes oder ausgeschnittenes Gebiet 25 enthalten, um eine Öffnung und eine Freigabe für eine Gerätekamera bereitzustellen und/oder um eine optimale Leistung von Geräteantennen, die bei bestimmten Geräten in solchen Gebieten existieren können, zu ermöglichen. Es ist festzustellen, dass die Position der Geräteantennen sich je nach aufladendem Gerät und/oder Gerätehersteller variieren kann. Die Position und Größe eines transparenten oder ausgeschnittenen Gebiets 25 der Hülle 14 kann für ein spezifisches Gerät und/oder für einen spezifischen Hersteller angepasst werden.
5 zeigt eine Schnittansicht der Empfängerhülle 14 mit darin eingestecktem Gerät 12. Die Abschirmungsschicht 28 ist unter dem Gerät 12 und in der Nähe von und/oder unter der Empfangsspulenschicht 24 gezeigt. Die Abschirmungsschicht 28 kann eine zweilagige Abschirmungsausführung aufweisen, die sowohl eine Lage aus magnetischem Material als auch eine Lage aus leitendem Material aufweist, um einen ausreichenden Grad der Abschirmung bereitzustellen.
6 zeigt die Schaltung der Empfängerhülle 14 für drahtloses Aufladen, ferner enthaltend ein Eingangsstift-Durchgangs/Isolations-Diodenschaltungsmodul 63, ein induktives Empfängergleichrichtungsmodul 60, eine Doppeleingangsspannungsselektionsüberwachungslogik 61, eine Ausgangskurzschlussüberwachung 62 und einen Abwärts-Schaltregler 64. In der gezeigten Ausführungsform kann jede der zuvor beschriebenen Module von einem oder von mehreren Prozessoren kontrolliert werden und die Schaltung ist Teil der mit dem Gerät 12 verbundenen Hülle 14. Wie in 6 gezeigt wird, können mehrere externe Leistungsquellen zu einem bestimmten Zeitpunkt an der Empfängerhülle 14 angelegt werden, einschließlich: 1) einer drahtlosen, induktiv gekoppelten Energie, die mittels einem induktiv aufgeladenen System 10i (z. B. Powermat^®- und/oder Qi^®-aktivierter Technik) an die Empfangsspulen 27 des Empfangsgebiets 24 angelegt wird und durch induktive Ladungssoftwarealgorithmen, die von einem Mikrocontroller innerhalb des Moduls 60 verarbeitet werden, verwaltet und verarbeitet werden, wobei das Gleichrichtungsmodul 60 dazu ausgeführt ist, eine Ausgangsspannung V_IC von dem vom induktiven Aufladesystem empfangenen magnetischen Fluss zu erzeugen; 2) einer Spannung Z_V, wobei Z_V 15 Volt sein kann, von einem leitenden Ladesystem (z. B. Wildcharge^®-aktiviertes Ladesystem), wobei die Spannung auf den leitenden Ladeeingängen P1–P6 des Eingangsstift-Durchgangs/Isolations-Diodenschaltungsmoduls 63 angelegt wird; und 3) eines X_V-Eingangs, der an der Zusatz-USB-Eingangsbuchse zum Zweck von herkömmlichem drahtgebundenen Aufladen angelegt wird, wobei X_V 5 Volt sein kann. Daher ist die Empfängerhülle 14 dazu ausgebildet, induktiv zugeführte Leistung und leitend zugeführte Leistung von verschiedenen Arten von Leistungsversorgungsquellen zu empfangen, und die Empfängerhülle stellt die elektrische Leistung bereit, damit ein oder mehrere Ladegeräte 12 mit verschiedenen drahtlosen Ladeprotokollen aufgeladen werden. Mit der Ausnahme von elektrischer Leistung, die an die USB-Eingangsbuchse angelegte, direkt an die Gerätebatterie weitergeleitete X_V Spannung enthält, werden die drei anderen möglichen Leistungsquellen zum Eingang des Abwärts-Schaltspannungsreglermoduls 64 zugeführt. Die vom induktiven Empfängergleichrichtungsmodul 60 erfasste Spannung V_IC wird dem Modul 64 zur Spannungsregelung hinunter auf eine Spannung X_V vorgelegt, damit das Gerät 12 aufgeladen wird, ohne die Batterie des aufladenden Geräts 12 zu beschädigen. Gleichfalls wird die am Ausgang des leitenden aufladenden Eingangsstift-Durchgangs/Isolations-Diodenschaltungsmoduls 63 erfasste Spannung V_CC auch dem Modul 64 zur Herunterregelung auf die Spannung X_V vorgelegt. Der Schaltregler 64 kann Leistung entweder vom Ausgang des Eingangsstift-Durchgangs/Isolations-Diodenschaltungsmoduls 63 (leitender aufladender Empfänger) oder vom induktiven aufladenden Empfänger 60 übernehmen und die jeweils der induktiven oder leitenden Leistungsquelle in Serie nachgeschalteten Dioden A und B sind derart positioniert, um zu verhindern, dass eine Spannungsquelle Strom in die andere Spannungsquelle versenkt, wenn diese andere Spannungsquelle inaktiv ist.
7A stellt die aufbereitende Schaltung des Eingangsstift-Durchgangs/Isolations-Diodenschaltungsmoduls 63 dar, wobei die Dioden in Vorwärtsrichtung oder Rückwärtsrichtung vorgespannt sein können, wodurch der Strom in der Empfängereingangsausführungsform mit sechs Stiften durchgelassen oder isoliert (d. h. blockiert) werden kann, sodass zwei oder mehr der Eingangsstifte P1–P6 immer einen Kontakt mit den Kontaktstreifen des Ladesystems 10 herstellen, sodass ein oder mehrere Stifte Kontakt mit einem negativen Streifen 16B (z. B. GND) und ein oder mehrere Stifte Kontakt mit einem positiven Streifen 16A (z. B. 15 V) herstellen. Da die Möglichkeit besteht, dass nur einer der sechs Stifte die Erde (GND) ist und dass nur einer an einem Spannungspotenzial von 15 V liegt, besteht die Möglichkeit, dass vier der sechs Stifte auch in einem offenen Stromkreis sind, sodass sie weder mit dem negativen Streifen 16B noch mit dem positiven Streifen 16A in Kontakt sind. Da jeder der sechs der Stifte GND, 15 V oder ein offener Stromkreis sein kann, werden dadurch 6 gemäß eines Beispiels 3 bzw. 729 mögliche Zustände bereitgestellt, die bestehen, wenn die Empfängerhülle mit sechs Stiften auf die Oberfläche des leitenden Ladesystems gelegt wird.
Wie in 7B–7E dargestellt ist, stellen die Schemen WW, XX, YY und ZZ Beispielzustände dar, in denen die sechs Eingangsstifte P1–P6 so platziert werden, dass sie mit verschiedenen Linien auf dem Aufladesystem 10 in Kontakt treten. Wie gezeigt wird, wird die Schaltung des Eingangsstift-Durchgangs/Isolations-Diodenschaltungsmoduls in jedem Beispielzustand in etwa Y Volt für den Empfänger des Reglermoduls bereitstellen, vorausgesetzt, dass zwei der sechs Eingangsstifte P1–P6 auf entweder GND oder Z Volt fallen. Jedoch ist in den Beispielen von 7B–7E die Annahme gemacht, dass alle Stifte auf GND oder Z Volt fallen. Es ist zu beachten, dass wenn Z 15 V entlang irgendeiner der sechs Eingangsstifte ist, wird die Eingangsstift-Durchgangs/Isolations-Diode sicherstellen, dass eine Spannung Y von 13,6 Volt an den Schaltregler gesendet wird. Zum Beispiel, wie im Schema für WW in 7B gezeigt wird, wird die Spannung bei Y als (V₄ + V₆)_avg – V_(D2+D69)avg – V_(D1+D610)avg = (15) – (0,7) – (0,7) = 13,6 V berechnet werden, wenn P4 und P6 15 V und die restlichen Stifte GND sind. Daher stellt das Eingangsstift-Durchgangs/Isolations-Diodenschaltungsmodul 63 sicher, dass, egal welche Spannung auf beliebige Eingangsstifte P1–P6 angelegt wird: a) dem Batteriespannungsregler 64 eine positive Spannung vorgelegt wird; b) es im Allgemeinen nie einen Pfad innerhalb des Empfangsschaltkreises 14 gibt, der einen Kurzschluss am Ausgang des Moduls 63 ergeben kann; und c) beliebige negative Spannung, die von einem Eingangsstift empfangen wird, im Allgemeinen keine Gefahr von Schaden an der Empfangselektronik oder der Batterie des Geräts darstellt.
8 ist eine Logiktabelle, die beispielhafte Z- oder GND-Eingangsspannungszustände von sechs Stiften (offene Stiftzustände sind hier nicht gezeigt) und die ergebenden, vom Eingangszustand abhängenden und den in 7B–7E dargestellten Schemen entsprechenden Spannungsschemen darstellt. Wie genauer mit Bezug auf 11 erklärt wird, werden bestimmte Eingangszustände aufgrund der Positionen der Eingangsempfangsstifte P1–P6 in Relation zu den Positionen der Ladestreifen 16 auf dem Ladesystem 10 nicht möglich sein, was sicherstellt, dass zumindest ein positiver Kontakt und ein negativer Kontakt hergestellt werden, und dadurch Leistung für das aufladbare Gerät 12 immer vom aufladenden System 10 bereitgestellt wird.
Die induktive Ladehülle von 6 berücksichtigt Situationen, wo irgendeine Kombination von induktiver Leistungsquelle (vom Eingangsstift-Durchgangs/Isolations-Diodenschaltungsmodul 63), leitender Leistungsquelle (vom induktiven Empfängergleichrichtungsmodul 60) und X_V-Leistung, die an der Zusatz-USB-Eingangsbuchse der Hülle 14 zum Zweck von drahtgebundenem Aufladen angelegt wird, vorhanden sein kann. Wenn ein aufladbares Gerät 12 auf das Ladesystem 10 gelegt wird, ist es zum Beispiel möglich, dass sowohl das induktive Modul 60 als auch das leitende Modul 63 gleichzeitig Leistung erfassen und die Leistung als Eingangssignal für dem Abwärts-Regler 64 vorlegen. Da Benutzer, die ihre mobilen elektronischen Geräte aufladen müssen, zusätzlich sich nicht in der Nähe eines drahtlosen leitenden oder induktiven Ladekissens befinden können, kann es manchmal notwendig sein, ein Gerät 12, das mit der Hülle 14 verbunden ist, mittels herkömmlichen drahtgebundenen Mitteln, wie z. B. einen Micro-B-USB-Anschluss, aufzuladen. Da es möglich ist, dass mehrere Leistungsquellen dem Abwärts-Regler zugeführt werden können, enthält die Hülle 14 einen Doppeleingangsspannungsselektionsüberwachungslogikschaltkreis 61, um sicherzustellen, dass dem Regler 64 nicht zu viel zugeführt wird, und auch um sicherzustellen, dass die Batteriespannung nicht über die Spannung T_V steigt, wobei T_V 5 V sein kann, damit sichergestellt ist, dass die Gerätebatterie nicht überladen wird. Die Logik des Doppeleingangsspannungsselektionsüberwachungslogikschaltkreises 61 führt Aktionen durch, um zu verhindern, dass dem Regler 64 zu viel zugeführt wird, je nachdem welche Leistungsquellen vom Modul 61 als vorliegend bestimmt werden.
Beruhend auf den Leistungsquelleneingängen, die von der Selektionsüberwachungslogik bestimmt werden, beschreibt 9 manche der Zustände des Reglerausgangs und anderer Bauteile der Hülle 14. Wenn zum Beispiel das Modul 61 erkennt, dass sowohl das induktive Leistungsquellenmodul 60 als auch das leitende Leistungsquellenmodul 63 dem Regler 64 Spannung zuführen, und wenn die Spannung am Ausgang des Reglers als ein nicht-offener Schaltkreis erkannt wird und wenn kein USB-Eingang X_V erkannt wird (d. h. beide V_IC, V_CC Eingänge werden als aktiv erkannt, V_E ist als inaktiv erkannt und T_V wird anstatt 0,7 Volt erkannt, was bedeutet, dass der Regler wie erwartet funktioniert), wie es in Zeile 7 von 9 veranschaulicht ist, dann bleibt der Regler 64 AN, der Zustand der SC-DIS X_V Leitung und DIS X_V werden aktiviert (was bedeutet, dass beide Eingangssignale daran gehindert werden, den Regler zu blockieren) und das Modul 60 wird, weil leitende Leistung vom Modul 63 erkannt wird, abgeschaltet. Wenn sowohl induktive als auch leitende Systeme drahtlose Energie liefern, ist es wünschenswert, das induktive Modul 60 abzudrehen, weil es keine adäquaten Mittel gibt, zum leitenden Modul 63 zurückzugehen und ihm mitzuteilen, dass es aufhören soll, Z_V-Leistung bereitzustellen – jedoch ist dies mittels DIS IC in der Selektionslogik 61 möglich – und auch weil leitende Leistungsübertragung effizienter als induktive Leistungsübertragung ist.
In einem weiteren beispielhaften Zustand, wie er gemäß der Schaltung der Hülle 14 in 6, in Zeile 8 von 9 gezeigt ist, ist es wünschenswert, dass das Modul 61 den Schaltregler 64 überwacht und deaktiviert, wenn externe USB-Leistung X_V an der Batterie des aufladbaren Geräts 12 entdeckt wird (d. h., wenn das V_E-Signal von der Selektionsüberwachung 61 als aktiv erkannt wird, bevor die induktiven (V_IC) oder leitenden (V_CC) Quellen als aktiviert erkannt werden). In einem solchen Fall, wo V_IC und V_CC als 0 V und V_BD als 0,7 V vom Modul 61 erkannt werden, während V_E als X_V erkannt wird, wird der Regler 64 nicht aktiviert, da das induktive Modul 60 und das leitende Modul 63 keine Eingabe an den Regler 64 senden, und es wird dadurch ermöglicht, dass externe X_V-USB-Leistung direkt an der Gerätebatterie angelegt wird.
Wenn die Diode DF1 in 6 ein offener Schaltkreis ist, wie in Reihen 3, 5 und 7 von 9 gezeigt, dann werden in anderen beispielhaften Zuständen V_E 0 Volt und V_BD T_V sein, wobei T_V typischerweise 5,7 Volt ist, weil die Diode DF1 ein offener Schaltkreis ist, und zwar unabhängig davon, ob V_IC oder V_CC als an erkannt wird (Reihen 3 und 5) oder ob sie beide als an erkannt werden (Reihe 7). Es ist festzustellen, dass die Diode DF1 in die Hüllenausgestaltung platziert wird, um sicherzustellen, dass X_V (z. B. 5 Volt) von einer externen Quelle (z. B. USB-Eingang) nicht den Ausgang des Schaltreglers senkt oder ladet, wenn Letzterer inaktiv ist. Während eines normalen Betriebs der Hülle 14, in dem keine externe Gleichstromleistungsquelle vom Gerät 12 empfangen wird, wäre die Schaltreglerausgabe ein Diodenspannungsabfall über X_V (z. B. X_V + 0,7 Volt oder 5,7 Volt, wenn X_V = 5 Volt), um sicherzustellen, dass die zum Laden des Gerätes verwendete Spannung X_V ist.
Die Ausgangskurzschlussüberwachung 62 von 6 kann die X_V-Klemme der externen USB-Buchse sowie die Anode der Diode DF1 überwachen. Wenn der Überwachungsschaltkreis 62 erkennt, dass die Anode von DF1 in etwa 0,7 Volt über dem Üblichen und die Batteriespannung in etwa bei 0 Volt liegt, obwohl entweder die induktive Leistungsquelle oder die leitende Leistungsquelle aktiv ist, würde er diesen Zustand als einen Kurzschluss klassifizieren und den Schaltregler 64 deaktivieren (d. h. den Regler ausschalten). Die Hülle 14 würde dann die einzelnen Module abschalten und sich, nachdem der Kurzschluss entfernt wurde, zurücksetzen. Dieser Betriebszustand ist in Reihen 2, 4 und 6 von 9 gezeigt.
10 zeigt ein Muster von Stiften 20 im leitenden Bereich 26A–B auf dem äußeren Anteil der Hülle 14, wobei die sechs Stifte so angeordnet sind, dass Stifte P2 und P3 an Eckpunkten eines imaginären gleichschenkligen Dreiecks liegen, zwei der Kontaktstifte P1 und P4 sich im Zentrum der gleichschenkligen Dreiecksausführung befinden und zwei Kontaktstifte P5 und P6 von einer vorgegebenen vektoriellen Distanz von den Eckpunkten (P2 oder P3) oder Zentrumspositionen (P1 oder P4) der Kontaktpunkte abgeleitet werden. Es ist zu beachten, dass das Ladesystem 10 mehrere Ladestreifen 16 mit einer Breite R und einem Spurenspalt (nicht aufladende Streifen) G aufweist. Die Position von P5 und P6 in Relation zu dem Ladesystem 10 und den anderen Stiften kann abgeleitet werden, indem eine Bewegung mit einer vorgegebenen Breite R und einem vorgegebenen Spalt G in der senkrechten Richtung durchgeführt wird. Zum Beispiel kann die Position von P5 abgeleitet werden, indem die Position von P1 um einen vorgegeben Betrag in die horizontale Richtung verschoben wird und die Position dann um einen vorgegebenen Faktor von R und G nach unten verschoben wird. Das Muster und die Positionen der Kontaktstifte P1–P6 auf der Hülle 14 und der Kontaktstreifen 16 am Ladesystem 10 bilden eine geometrisch ausgeglichene Funktion, in der Leistung vom System 10 zum aufladbaren Gerät 14 übertragen leitend wird, ohne dass auf die Position und Orientierung des auf dem System 10 gelegten Geräts 14 geachtet wird. Der Abstand dieser Stifte von der induktiven Empfangsspulenzone 24 im Gerät 14 erlaubt es, das gleiche Gerät 14 auf ein induktives Ladekissen zu legen, wobei das gleiche Gerät 14 gleichzeitig das Ziel erreichen kann, dass mögliche Interferenz zwischen der metallenen Zusammensetzung der Stifte P1–P6 und der Kopplungszone 24 für induktives Aufladen der Empfangsspule 27 minimiert wird. Die Außenstiftabstand P1–P6 ist so ausgelegt, dass es Gebiete, wo sich eine Gerätekamera oder eine Beleuchtungslampe befinden kann, nicht behindert, und dass es, aufgrund der Positionen der Stifte nahe der Peripherie der Hülle, größere Stabilität der Hülle 14 auf einer Ladeoberfläche bereitstellt.
11A–11F stellen mehrere Positionen und Orientierungen dar, die die Hülle 14 einnehmen kann, wenn sie auf das Ladesystem 10 gelegt wird. 11A–11F zeigen, dass, wenn die Hülle 14 auf das Kissen gelegt wird, immer Kontakt mit zumindest einem positiven (z. B. 15 Volt) und einen negativen (GND) Kontakt hergestellt wird, und zwar unabhängig von der Orientierung und Positionierung der Stifte P1–P6 auf der Hülle 14, was sicherstellt, dass drahtlose Leistung vom System 10 zum Gerät 12 mit dieser neuen, in dieser Anmeldung vorgestellten Stiftgeometrie übertragen wird.
Es versteht sich, dass an der oben genannten Struktur Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von den Konzepten der vorliegenden Erfindung abzuweichen, und weiterhin versteht sich, dass solche Konzepte durch die folgenden Ansprüche abgedeckt werden sollen, es sei denn, diese Ansprüche geben ausdrücklich etwas anderes an.

Claims

Empfangsgerät, das dazu ausgebildet ist, ein aufladbares Gerät aufzuladen, und Folgendes umfasst: einen induktiven Bereich, der zumindest eine Empfangsspule zum Empfangen von magnetischem Fluss von einem induktiven Ladesystem umfasst; einen leitenden Bereich, der Kontaktstellen zum Empfangen von drahtloser elektrischer Leistung von einem leitenden Ladesystem umfasst; und einen Anschluss zum Übertragen der drahtlosen, vom drahtlosen oder leitenden Ladesystem empfangenen Leistung an das aufladbare Gerät, damit das aufladbare Gerät aufgeladen wird.
Empfangsgerät nach Anspruch 1, weiterhin umfassend zumindest eine Schnittstelle zum Verbinden des aufladbaren Geräts an eine externe Leistungsquelle.
Empfangsgerät nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Spannungsregler zum Regeln der Quantität der an das aufladbare Gerät übertragenen Leistung.
Empfangsgerät nach Anspruch 3, weiterhin umfassend eine Diode am Ausgang des Spannungsreglers, damit ein Rückstromfluss verhindert wird.
Empfangsgerät nach Anspruch 3, weiterhin umfassend eine Schaltung zum Deaktivieren des Spannungsreglers, wenn eine externe Leistungsquelle bereitgestellt wird.
Empfangsgerät nach Anspruch 3, weiterhin umfassend eine Schaltung zum Deaktivieren des Spannungsreglers, wenn eine Kurzschlussüberwachungseinheit erkennt, dass eine oder mehrere Schaltkreisklemmen kurzgeschlossen sind.
Empfangsgerät nach Anspruch 6, wobei die Erkennung auf der Spannung am Ausgang des Spannungsreglers beruht.
Empfangsgerät nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Einheit zum Deaktivieren eines induktiven Lademoduls innerhalb des Empfangsgeräts, wenn das leitende Ladesystem aktiviert ist.
Empfangsgerät nach Anspruch 1, weiterhin umfassend mehrere Magnete, damit die Kraft, die von den Kontaktpunkten auf die Oberfläche des leitenden oder induktiven Ladesystems aufgebracht wird, erhöht wird.
Empfangsgerät nach Anspruch 9, wobei die Magnete sich im Wesentlichen in der Nähe des Außenumfangs des Empfangsgeräts und entfernt von der Empfangsspule befinden.
Empfangsgerät nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Schaltung, die Ausgangsleistung eines induktiven oder leitenden, drahtlosen Ladesystems auf einen Normleistungspegel oder -bereich, der zum Aufladen des aufladbaren Geräts benötigt wird, wandeln kann.
Empfangsgerät nach Anspruch 1, wobei die Kontaktstellen in einem nicht gleichseitigen Muster ausgebildet sind, damit das Aufladen des aufladbaren Geräts unabhängig von der Orientierung und Position des elektronisch angetriebenen Geräts in Bezug auf das leitende Ladesystem sichergestellt ist.
Empfangsgerät nach Anspruch 1, weiterhin umfassend ein induktives Gleichrichtermodul, das dazu ausgeführt ist, eine Ausgangsspannung, die auf dem vom induktiven Ladesystem empfangenen magnetischen Fluss beruht, zu erzeugen.
Empfangsgerät nach Anspruch 13, wobei das induktive Gleichrichtermodul die Ausgangsspannung zu einem Spannungsregler zum Regeln der Quantität der an das aufladbare Gerät übertragenen Leistung sendet.
Empfangsgerät nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen transparenten Bereich, sodass zumindest eines aus Kamera und Lampenteilbereich des aufladbaren Geräts nicht wesentlich überdeckt wird.
Empfangsgerät nach Anspruch 1, weiterhin umfassend ein Etui, das dazu ausgebildet ist, im Wesentlichen auf das aufladbare Gerät zu passen, und daran befestigt zu werden.
Empfangsgerät nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Schaltung zum Sicherstellen, dass Aufladen des aufladbaren Geräts unabhängig von der Orientierung und Position des aufladbaren Geräts in Bezug auf das leitende Ladesystem ist.
Empfangsgerät nach Anspruch 17, wobei die Schaltung ein Modul, das von den Kontaktstellen empfangene Ausgangsleistung des leitenden drahtlosen Ladesystems auf einen vorgegebenen Leistungspegel wandeln kann, enthält.
Hülle, die dazu ausgebildet ist, ein aufladbares Gerät aufzuladen, und Folgendes umfasst: einen induktiven Bereich zum Empfangen von drahtloser elektrischer Leistung von einem induktiven Ladesystem; einen leitenden Bereich, der Kontaktstellen zum Empfangen von drahtloser elektrischer Leistung von einem leitenden Ladesystem umfasst; und einen Anschluss zum Übertragen der drahtlosen, vom drahtlosen oder leitenden Ladesystem empfangenen Leistung an das aufladbare Gerät, damit das aufladbare Gerät aufgeladen wird.
Hülle nach Anspruch 19, wobei der induktive Bereich zumindest eine Empfangsspule zum Empfangen von magnetischem Fluss von einem induktiven Ladesystem umfasst.