CN103283262A - 包括可再充电电源的助听器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种助听器，其包括：音频信号源（12，14A，14B），其用于提供音频信号；音频信号处理单元（16），其用于处理所述音频信号；佩戴在用户耳朵处或用户耳朵中或者植入到用户头部中以用于根据经处理的音频信号来刺激用户的听觉的器件（20）；以及可再充电电源（22，122），其中所述可再充电电源为缠绕式电容器，所述缠绕式电容器包括电容器箔装置（23，123），电容器箔装置至少包括第一导电层（32，132）、第二导电层（34，134）和介于第一导电层和第二导电层之间的介电层（36，136），并且电容器箔装置以如下方式缠绕：形成感应线圈（24），当暴露于由充电装置（30）产生的外部交变电磁场时，所述感应线圈所述产生用于电容器充电的电流。

Description

包括可再充电电源的助听器

本发明涉及一种助听器，其包括：音频信号源（通常为扩音器装置），其用于提供音频信号；音频信号处理单元，其用于处理音频信号；佩戴在用户耳朵处或用户耳朵中或者植入到用户头部中用以根据经处理的音频信号来刺激用户听觉的器件；以及可再充电电源。

助听器通常由可以更换的（一次性的）或可再充电的电化学电池供电。可再充电电池以化学的形式储存电能。由于最大充电电流通常相对较低，电池的充电花费相当长的时间。此外，可再充电电池的寿命受充电周期的次数限制。然而，能量密度相对较高。

用于储存电能的另一选择是使用电容器，其中电能被储存为两个电容器板之间的电场。由于充电周期导致的电容器的磨损极小，并且充电电流可能高。然而，能量密度通常比电化学电池低得多。

具有高能量密度的具体类型的电容器为电化学双层电容器（EDLC），其中形成电容器板之间的电解质层，并且其中通过电解质来润湿诸如活性碳的具有极高表面积的导电材料。电解质与大表面材料的表面的接触形成不移动的具有仅几个分子层厚度的相反极性的双电层电载荷子。分离层设置在电极之间，从而防止两个电极之间的直接电接触。这种EDLC具有极高的能量密度。

US 2008/0137890A1涉及一种在助听仪中使用的可再充电电化学电池，其中电池基于薄膜技术并且由缠绕以形成感应线圈的线状结构构成，所述感应线圈可用于充电目的并且用作用于通信目的的发射或接收天线。线状结构由形成集电器、阳极、阴极和电解质的同心中空筒状层的径向序列构成。

WO 99/55131A2涉及一种用于助听仪的电能储存单元，其中箔状电容器（即电容器薄膜）设置为由感应线圈环绕的用于对电容器线圈进行充电的中空筒状体的形状。

DE36 23 304A1涉及一种以形成感应线圈的中空筒状体的形状缠绕的薄膜电容器，这种电容器布置用于形成高能电磁脉冲。两个电极箔中的一个的一端以及电极箔中的另一个的相对端设置有触头，通过闭合设置在两个触头之间的开关来闭合用于对电容器进行放电的电路，从而放电电流形成电磁感应场。而且，描述了具有多于两个电极层的电容器的示例。

EP 0 376 948 B1涉及一种内燃机的点火系统，所述点火系统包括电容器，所述电容器包括按其作用缠绕的两个金属导体片材，其中缠绕式电容器还充当点火电路产生点火火花所需的电感。

US 4,048,593涉及一种用作滤波器或变压器的电感-电容网络。所述网络包括由一个或多个介电材料片材构成的结构，在每个介电片材上具有一个或多个导电片材，其中片材组件被转变成螺旋式构造。

US 7,023,687B2涉及一种由催化剂载体材料的多孔定形体制成的具有极高能量密度的电容器，其中多孔体的表面覆有第一导电层、钛酸钡层和第二导电层。

本发明的目的是提供包括可再充电电源的助听器，所述可再充电电源具有相对高的容量并且需要相对小的空间，能够以方便的方式相对快速地对所述可再充电电源进行充电，并且所述可再充电电源具有相对长的寿命。

根据本发明，该目的是通过如权利要求1限定的助听器来实现的。

本发明的有益之处在于，通过将可再充电电源设置为包括电容器箔装置的缠绕式电容器，所述电容器箔装置至少具有第一导电层、第二导电层和介于所述第一导电层和所述第二导电层之间的介电层，并且以如下方式缠绕：形成感应线圈，当暴露于由充电装置产生的外部交变电磁场时，所述感应线圈产生用于对电容器充电的电流，使得电源所需的空间最小，同时不再需要用于方便的无接触充电的单独的电感线圈，由于与电池相比电容器所允许的充电电流相对较高而能进行快速充电，并且由于每个充电/放电周期中电容器的劣化较低从而能够实现可再充电电源的相对长的寿命。

本发明的优选实施例限定在从属权利要求中。

下文中，将参照附图来阐述本发明的示例，其中：

图1为根据本发明的助听器的示例的示意性框图；

图2为与本发明一起使用的可再充电电源的示例的示意性立体图，连同用于对电源进行充电和放电的电路的示例一起显示；

图3为类似于图2的视图，其中示出了可替换的实施例；

图4为包括可再充电电源的根据本发明的助听器的示例的示意图；

图5为与本发明一起使用的可再充电电源的层结构的示例的示意图；以及

图6为根据本发明的可再充电电源的层结构的另一示例的示意图。

在图1中，示出了助听仪10的示意性框图，包括：扩音器装置12，其通常包括用于从环境声音捕获音频信号的至少两个间隔开的扩音器14A、14B；音频信号处理单元16，其用于处理捕获到的音频信号；驱动器/放大器18，其用于根据经处理的音频信号来驱动输出变换器20（通常为扬声器）；以及可再充电电源22。为了能够进行电源22的无接触（即，无线）充电，通常使用感应线圈24，其经由充电电路26与电源22的电能储存元件23连接，从而将充电电流供给到电能储存元件23，所述充电电流是由通过相应充电装置30的线圈28所产生的交变电磁场在充电线圈24处所感应的电压产生的。通常地，在不使用助听仪10的时间（例如，在夜间）对电源22进行充电。

根据本发明，感应线圈是由电能储存元件形成的。更具体地，可再充电电源是由缠绕式电容器形成的，缠绕式电容器包括电容器箔装置，电容器箔装置既形成用于储存电能的电容器，又形成了当暴露于由充电装置30产生的外部交变电磁场时产生用于对电容器充电的电流的感应线圈。电容器箔装置至少包括第一导电层、第二导电层和介于所述第一导电层和所述第二导电层之间的介电层。而且，缠绕式电容器包括与电容器箔装置连接的充电电路26。

在图2所示的示例中，电容器箔装置23包括两个导电层，即，第一层32和第二层34，第一层32和第二层34由它们之间的介电层36分隔开。层32、34、36彼此平行地布置并且以形成具有中空筒状体的形状的感应线圈的方式缠绕。

每个层分别包括两个轴向端（其对应于筒状体的两端）以及两个“周端”32A、32B和34A、34B（这些“周端”形成层32、34、36相对于缠绕方向的端，并且在由箔装置23形成的筒状体的轴向上延伸）。与第二导电层34的周端34A相邻的第一导电层32的周端表示为32A，并且与第二导电层34的另一周端34B相邻的第一导电层32的周端表示为32B。

在图2所示的示例中，相邻的周端32A和34A分别设置有电触头33A和35A，并且第二导电层34的另一周端34B设置有电触头35B。与周端34B相邻的第一导电层32的周端32B不包括电触头且因此是绝缘的。在相邻周端32A、34A处的触头33A和35A用于对缠绕式电容器23进行放电，由此避免通过放电电流引起的感应电磁辐射（如果使用相对的周端34A处的触头35B而不使用触头35A来对电容器23进行放电，则将产生这种电磁辐射）。在图2的示例中，通过由电容器23提供的放电电压在38处供给负载，即，助听仪的电子件。可选地，负载可与第二导电层34的触头35B而不是与触头35A连接。

充电电路26包括辅助电容器40、第一二极管42和第二二极管44。辅助电容器40的第一触头经由触头35B与第二导电层34的周端34B连接，而辅助电容器40的另一触头并联地经由第一二极管42与第二导电层34的另一周端34A的触头35A连接以及经由第二二极管44连接至与第一二极管42所连接的周端34A相邻的第一导电层32的周端32A。二极管42、44以相反的极性与辅助电容器40连接，即，对于既定的电流方向，二极管中的一个传导电流，而另一个被反向偏置。通过反向布置二极管42、44，可以确保在外部交变磁场的第一半周期期间仅二极管中的一个允许电流流过其中，而在外部交变电磁场的第二半周期期间，仅二极管中的另一个允许电流流过其中。

下面，将假设在外部交变电磁场的第一半周期期间第一二极管42允许电流流过其中，即，假设在电容器22的电容器箔装置中感应的电压使得其将来自第二导电层34的电流经由触头35A通过第一二极管42驱动至辅助电容器40，从而对辅助电容器40进行充电（这在图2中由箭头46示出）。在外部交变电磁场的第二半周期期间，在电容器箔装置中感应的电压相对于第一半周期具有相反的极性，使得现在将来自辅助电容器40的电流经由触头32A通过第二二极管44驱动至电容器22的第一导电层32（参见图2的箭头48）。通过该机构，在外部磁场的每个周期期间，电荷从第二导电层34传递到第一导电层32，从而对电容器箔装置进行充电，即，在两个层32和34之间产生电容器电压，一旦充电完成，电容器电压可供给到38处的负载。

在上述充电过程中，在第一半周期期间电容器箔装置中感应的电压用于对辅助电容器40进行充电，而在外部交变电磁场的第二半周期期间辅助电容器40处的电压连同在电容器箔装置中感应的电压一起用于将充电电流驱动至电容器箔装置。

反极性布置还可以提供能够使用两个周期的方案。

根据一个实施例，电容器箔装置可以具有电化学双层电容器（EDLC）的结构，其中介电层36由电解质50形成，电解质50对第一导电层32和第二导电层34进行润湿，并且适于当在第一导电层32和第二导电层34之间施加有充电电压时分别在第一导电层32的表面处和第二导电层34的表面处形成相反极性的薄的离子层。在图5的示意性示例中，电解质50在第一导电层32（其载有正电荷）的表面处形成薄的负离子层52以及在载有负电荷的第二导电层34的表面处形成薄的正离子层54。因此，各个离子层52、54形成双电层，电荷在各层32、34的表面处。各个离子层52、54形成具有仅几埃的厚度的介电层（图5中示出的EDLC可描述为两个电容器的串联连接，如图5的底部所示）。分离层56设置在两个电极32、34之间的电解质50内，从而防止电极32、34之间的直接电接触（在图5的示例中，第一导电层32形成正电极，而第二导电层34形成负电极）。

为了实现高能密度，电极32、34由具有极高表面积的材料（通常为多孔材料，诸如活性碳）制成。

根据另一实施例，电容器箔装置23可具有如US7,023,687B1中描述的结构，其中第一导电层132、介电层136和第二导电层134形成在多孔衬底100上，见图6。多孔体100可由催化剂载体材料制成，例如，基于金属氧化物的材料。第一导电层132和第二导电层134优选地由通过蒸汽沉积、溅射等沉积在多孔体100的表面上的金属制成。一旦已经施加了第一层132，可通过利用具有小于10nm的尺寸的结晶钛酸盐颗粒（例如，钛酸钡颗粒）在酒精中的散布来形成介电层136，之后进行烧结处理。此后，第二层134可施加在顶部上。介电层136优选地具有10nm至1,000nm的厚度。优选地，介电层136为铁磁性的。

电容器箔装置123可包括多于两个的导电层。图3示出了具有三个导电层32、34和37的示例，其中第三导电层37通过第二介电层39与第一导电层32分隔开。通过使用第三导电层，能够使电容器122的电压升高，由此使电容器的容量增加。

在图3中，示出了充电电路126的示例，其适用于包括三个导电层的电容器。图2的实施例中存在的部件也存在于图3的实施例中。另外，设有第二辅助电容器41和两个附加的二极管43、45。第二辅助电容器41的触头中的一个经由触头33B与第一导电层32的周端32B连接。第二辅助电容器41的另一触头经由第三二极管43与第一导电层32的周端32A处的触头33A并联地连接。与第一层32和第二层34的周端32A和34A相邻的第三导电层37的周端37A设置有与第四二极管45连接的触头47A。第二辅助电容器41分别经由第三二极管43和第四二极管45与触头33A和47A并联地连接。二极管43和45以相反的极性与第二辅助电容器41连接。与层32、34的周端32B和34B相邻的第三导电层37的周端37B不设有触头，即，其是电绝缘的。

负载可连接在例如触头47A和35A之间或者触头47A和33B之间。

电容器箔装置可以包括甚至多于三个的导电层，从而进一步增加电容器电压。类似于格莱纳赫（Greinacher）电压倍增电路等更加复杂的电路可用于使用交变电磁场的两个半波。而且，缠绕式电容器箔装置的一些层可用作充电过程所需的辅助电容器40、41。通过以（相对小）电压级联的方式生成，类似于钛酸钡的介电材料的高压电阻可以最优化的方式使用，并且可以提高所储存能量的密度。

在图4中，以示意的方式示出了根据本发明的助听仪，其中缠绕式电容器箔装置23位于扩音器装置12和扬声器20之间，并且其中包括音频信号处理单元16、放大器18和充电电路26的电子单元25设置在支撑结构27上的缠绕式电容器箔装置23的中空内部。而且，扩音器装置12和扬声器20附接至支撑结构27。

本发明通常可用于所有类型的助听器，例如BTE（耳挂式）、ITE（耳内式）或CIC（完全耳道式）类型的助听仪。

本发明还可用于部分可植入的助听器的外部单元。在这种情况下，刺激器件是通过用于刺激用户听觉的中耳或内耳部件的可植入刺激组件形成的，其中扩音器装置和音频信号处理单元形成外部单元的一部分以固定在患者头部，并且包括用于经由无线皮下链路将经处理的音频信号传送到可植入单元刺激组件的器件。

Claims (22)

1.一种助听器，包括：音频信号源（12，14A，14B），其用于提供音频信号；音频信号处理单元（16），其用于处理所述音频信号；佩戴在用户耳朵处或用户耳朵中或者植入到用户头部中以用于根据经处理的音频信号来刺激用户的听觉的器件（20）；以及可再充电电源（22，122），其中所述可再充电电源为缠绕式电容器，所述缠绕式电容器包括电容器箔装置（23，123），所述电容器箔装置至少包括第一导电层（32，132）、第二导电层（34，134）和介于所述第一导电层和所述第二导电层之间的介电层（36，136），所述电容器箔装置以如下方式缠绕：形成感应线圈（24），当暴露于由充电装置（30）产生的外部交变电磁场时，所述感应线圈产生用于对所述电容器充电的电流。

2.根据权利要求1所述的助听器，其中所述电容器箔装置（23，123）形成电化学双层电容器。

3.根据权利要求2所述的助听器，其中所述介电层（36）由电解质（50）形成，所述电解质润湿所述第一导电层（32）和所述第二导电层（34）并且适于分别在所述第一导电层和所述第二导电层处形成极性相反的离子层（52，54），并且其中所述第一导电层和所述第二导电层包括多孔材料。

4.根据权利要求3所述的助听器，其中所述多孔材料包括活性碳。

5.根据权利要求1所述的助听器，其中所述第一导电层（132）、所述第二导电层（134）和所述介电层（136）形成在多孔衬底（100）上。

6.根据权利要求5所述的助听器，其中所述介电层（136）为铁磁性的。

7.根据权利要求6所述的助听器，其中所述介电层（136）包括钛酸钡。

8.根据权利要求7所述的助听器，其中所述钛酸钡设置为具有小于10nm的尺寸的颗粒。

9.根据权利要求8所述的助听器，其中所述钛酸钡颗粒扩散在诸如酒精的溶液中。

10.根据权利要求8和9中任一项所述的助听器，其中所述钛酸钡颗粒被烧结以形成所述介电层（136）。

11.根据权利要求5至10中任一项所述的助听器，其中所述第一导电层（132）和所述第二导电层（134）为金属层。

12.根据前述权利要求中任一项所述的助听器，其中所述电容器箔装置（23，123）适于经由设置在所述第一导电层（32）和所述第二导电层（34）的相同周端（32A，34A）处的放电触头（32A，35A）放电。

13.根据前述权利要求中任一项所述的助听器，其中所述电容器箔装置（23，123）适于以如下方式由所述外部交变电磁场进行充电：在所述外部交变电磁场的第一半周期期间，在所述电容器箔装置中感应的电压用于将充电电流驱动至与所述电容器箔装置连接的辅助电容器（40）以对所述辅助电容器进行充电，并且在所述外部交变电磁场的第二半周期期间，所述辅助电容器处的电压连同在所述电容器箔装置中感应的电压一起用于将充电电流驱动至所述电容器箔装置。

14.根据权利要求13所述的助听器，其中，为了对所述电容器箔装置（23，123）充电，所述辅助电容器（4）的第一触头与所述第二导电层（34）的第一周端（34B）连接，并且所述辅助电容器的第二触头并联地经由第一二极管（42）连接至所述第二导电层的第二周端（34A）以及经由第二二极管（44）连接到与所述第二导电层的所述第二周端相邻的所述第一导电层（32）的第二周端（32A），所述第一二极管和所述第二二极管以相反的极性与所述辅助电容器的所述第二触头连接。

15.根据权利要求14所述的助听器，其中，为了对所述电容器箔装置放电，电负载（12，16，18，20）分别与所述第一导电层（32）的所述第二周端（32A）和所述第二导电层（34）的所述第二周端（34A）连接。

16.根据权利要求14和15中任一项所述的助听器，其中与所述第二导电层（34）的所述第一周端（34B）相邻的所述第一导电层（32）的第一周端（32B）是电绝缘的。

17.根据权利要求14和15中任一项所述的助听器，其中所述电容器箔装置（123）包括第三导电层（37）和将所述第一导电层（32）与所述第三导电层分离的第二介电层（39）。

18.根据权利要求17所述的助听器，其中设置有第二辅助电容器（41），其中，为了对所述电容器箔装置（123）充电，所述第二辅助电容器的第一触头连接至与所述第二导电层（34）的所述第一周端（34B）相邻的所述第一导电层（32）的第一周端（32B），并且第二辅助电容器的第二触头并联地经由第三二极管（43）连接至所述第一导电层的第二周端（32A）以及经由第四二极管（45）连接至与所述第一导电层的所述第二周端相邻的所述第三导电层（37）的第二周端（37A），其中所述第三二极管和所述第四二极管以相反的极性与所述第二辅助电容器的所述第二触头连接，其中所述第二二极管和所述第三二极管以相反的极性与所述第一导电层连接。

19.根据权利要求13至19中任一项所述的助听器，其中每个辅助电容器（40，41）由所述电容器箔装置（23，123）的层形成。

20.根据前述权利要求中任一项所述的助听器，其中所述音频信号源为用于从环境声音捕获第一音频信号的扩音器装置（12，14A，14B）。

21.根据权利要求21所述的助听器，其中所述助听器为BTE、ITE或CIC助听仪。

22.前述权利要求中任一项的助听器的用途，其中，产生所述外部交变电磁场以用于对所述电容器箔装置（23，123）充电，其中在所述外部交变电磁场的第一半周期期间，在所述电容器箔装置中感应的电压用于将充电电流驱动至与所述电容器箔装置连接的辅助电容器（40）以对所述辅助电容器进行充电，并且其中，在所述外部交变电磁场的第二半周期期间，在所述辅助电容器处的电压连同所述电容器箔装置中感应的电压一起用于将充电电流驱动至所述电容器箔装置。

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