CN110769709A - 用于产生物理效应的电有源单元，包括该电有源单元的织物及制造该电有源单元的方法 - Google Patents

Abstract

用于产生诸如发热，制冷或光发射之类的物理效应的电有源单元（100），特别是应用于调节身体温度的温度调节系统或身体的发光系统部分。电有源单元（100）包括纺织支架（102），用于支撑产生所述物理效应的有源元件（101）；至少一个电连接点（104），其适于连接到电源和控制单元，并且位于所述有源元件（101）上；传感器（106），适于连接到电源和控制单元。这种有源电气单元可以通过连接点连接到电源和控制单元，以便允许通过电源为有源元件供电，以及控制单元通过传感器感测到的数据激活/失活有源元件。纺织支架（102）具有第一面和与第一面相对的第二面，仅位于第一面上的至少一个连接点（104），有源元件（101）嵌入到纺织支架（102）中，以便在第一面和第二面上形成确定的图案。该图案可以避免电流通过第二面从连接点（104）漏电，从而避免皮肤与位于连接点（104）的热点直接接触。

Description

用于产生物理效应的电有源单元，包括该电有源单元的织物 及制造该电有源单元的方法

技术领域

本发明涉及一种电有源单元，用于产生诸如热，冷或光发射之类的物理效应，特别地应用于一种温度调节系统，以调节身体一部分的温度，特别是用户的身体的温度，或被人体的这一部分所穿戴的发光系统。

本发明还涉及一种包含所述电有源单元的织物，例如衣服，服装或覆盖物，以及一种用于制造所述电有源单元的方法。

背景技术

电有源单元，例如要集成在服装中的有源单元，例如可以用于热调节。实际上，热舒适性是由人体内的温度和体表的温度驱动的。当环境变化，例如，起风了或多晴天时，或人移至凉爽的地方时，人会在热感上感到不舒服。通常情况下，当用户的皮肤温度变化而不是核心体温变化时，用户会感觉到热感不适。

衣服中使用的一些常规化学加热系统或电加热系统可以以相对较高的水平传递热量。当前，大多数可用的设备由带有发热垫作为有源元件的可穿戴服装组成，其可以由用户手动调节，也可以由连接到温度传感器的控制单元自动调节。

这样的服装包括一块集成有电气和/或电子元件的织物，该电气和/或电子元件缝在服装的织物上。这种技术方案导致衣服的刚度过高，这反过来给用户带来不适。

此外，诸如发热元件，温度传感器和连接线之类的电子品通常以这样的方式集成，使得其被夹在织物或其他材料的不同层之间，这损害了服装的透气性。

当处理除温度调节以外的其他功能的电气有源单元时，上述情况均相同。例如，代替将发热元件（或冷却元件）用作有源元件并因此产生热量作为物理效应，在某些情况下，人可以在需要使服装发光的物理应用中使用发光元件，作为物理效应。

发明内容

因此，本发明旨在解决上述问题以及其他问题。

为此，本发明提出了一种用于产生物理效应的电有源单元，该电有源单元易于集成在诸如服装的织物上或之中。

根据第一方面，本发明的目的是一种用于产生诸如发热，制冷或光发射之类的物理效应的电有源单元，该电有源单元包括纺织支架，该纺织支架支撑：

至少一个适于产生所述物理效应的有源元件；

至少一个电连接点，其适于连接到电源和控制单元，并且位于所述有源元件上；

至少一个适于连接到电源和控制单元的传感器，

使得电有源单元可以通过连接点连接到电源和控制单元，以便允许通过电源为有源元件供电，以及通过控制单元根据传感器感测到的数据，对所述有源元件进行激活/失活。

所述纺织支架具有第一面和与所述第一面相对的第二面，所述至少一个连接点仅位于所述第一面上，该有源元件嵌入该纺织支架中，从而在所述第一面及第二面上形成确定的图案。

对于本发明的电有源单元，在将其集成到适于由身体穿戴的织物中的应用中，只有适于与身体表面接触的面可见。织物的外表面可以没有电有源单元的任何组件。诸如电连接点之类的电气元件或其他电子组件位于另一面上。

在一些实施例中，电有源单元还包括以下一个或多个特征，这些特征被单独考虑或根据任何技术上可能的组合考虑：

纺织支架支撑适于连接到电源和控制单元的连接垫，并且仅位于第一面上，有源元件通过至少一条第一连接线连接到连接垫，该连接线将连接点连接至所述连接垫；

纺织支架支撑适于连接至电源和控制单元的连接垫，并且仅位于第一面上，传感器通过至少一条第二连接线连接至连接垫；

在纺织支架的第一面上，优选使用刺绣技术，最优选使用呈马蹄形花边形状的刺绣技术，将第一连接线和/或第二连接线缝合；

通过一块缝合在或胶粘在纺织支架的第一面上的织物，来覆盖第一线和/或第二线；

第一连接线和/或第二连接线，优选地以呈马蹄形花边形状，布置在纺织支架的第一面上，并通过粘合件，例如一块织物或一片聚合物条，保持在所述第一面上的位置。

第一连接线和/或第二连接线，优选地使用刺绣技术，最优选地使用呈马蹄形花边形状的刺绣技术，被缝合在一块织物上，该织物被缝合或胶粘在纺织支架的第一面上；

传感器适于无线连接至电源和/或控制单元；

传感器涂覆有粘合材料并夹在胶带中，并且纺织支架在其第一面上包括粘合贴片，该传感器附着在所述粘合贴片上；

该连接点包括布置在该纺织支架第一面上的第一金属片，并且电有源单元包括布置在纺织支架第二面上，且被不导电的贴片覆盖的第二金属片。第一金属片及第二金属片相互压接；

连接点包括设置在第一金属片和有源元件之间的导电粘合贴片；

电有源单元是用于散发热量以调节身体温度的单元，有源元件是发热元件，传感器是温度传感器，该发热元件包括用纺织支架的纱线的编织的导电纱线，以便在纺织支架的第一面和第二面上形成确定的图案。

根据第二方面，本发明的目的是一种诸如衣服、服装火覆盖物的织物，其适于至少由身体的一部分穿戴，其中，所述织物包括如上所述的电有源单元。

在一些实施例中，织物还包括一个或多个以下特征，这些特征被单独考虑或根据任何技术上可能的组合考虑：

纺织支架是所述织物的一部分；

所述织物具有内表面，该内表面适于朝向穿戴所述织物的至少身体的一部分定向，以及与所述内表面相对的外表面，所述纺织支架通过其第一面或第二面附接至所述织物内外表面的其中一面；

纺织支架通过其第一面或第二面连接到织物的内表面；

纺织支架通过其第一面附接到织物的内表面，使得有源元件和传感器可以朝向穿戴所述织物的身体的所述部分定向，并且连接点可以朝向织物的内表面定向；

纺织支架通过其第一面或第二面连接到织物的外表面；

纺织支架通过其第一面附接到织物的外表面，使得有源元件和传感器可以相对于所述织物相对地定向到穿着所述织物的身体的所述部分，连接点可以朝向织物的外表面。

根据第三方面，本发明的目的是一种制造电有源单元的方法，该电有源单元适于产生诸如发热，制冷或光发射的物理效应。

该方法包括：

将适于产生所述物理效应的有源元件嵌入到纺织支架中；

将适于连接到电源和控制单元的电连接点连接到纺织支架，使得所述连接点位于所述有源元件上；

将适于连接到电源和控制单元的传感器连接到纺织支架，

使得电有源单元可以通过连接点连接到电源和控制单元，以便允许通过电源为有源元件供电，以及通过控制单元根据传感器感测到的数据，激活/失活所述有源元件。

所述纺织支架具有第一面和与所述第一面相对的第二面，所述至少一个连接点附接到所述纺织支架以便仅位于所述第一面上，并且所述有源元件嵌入所述纺织支架中从而在第一面上和第二面上形成确定的图案。

在一些实施例中，该方法还包括以下一个或多个特征，这些特征被单独考虑或根据任何技术上可能的组合考虑：

所述有源元件是发热元件，所述传感器是温度传感器，将所述有源元件嵌入到所述纺织支架中，包括编织导电纱线和纺织纱线，以形成纺织支架与发热元件上的所述纺织支架的第一面和第二面确定的图案。

将温度传感器附接至纺织支架，包括将所述传感器附接至发热元件；

将所述传感器附接到发热元件，包括：传感器涂覆有粘合材料；将传感器夹在胶带中；用粘合贴片附接到纺织支架的第一面上；以及将传感器附接到所述粘合贴片上。

附图说明

通过参考以下作为示例且仅出于说明目的给出的描述，并通过参考下面列出的附图，可以更好地理解本发明及其优点。

图1：根据本发明的电有源单元示例的示意图；

图2：示出了根据本发明的电有源单元另一示例的一个面；

图3：示出图1电有源单元示例的另一面，其中连接垫打开以示出后者的内部细节；

图4：显示了集成在衬衫上的图2和图3的电有源单元。

具体实施方式

本说明书涉及用于产生作为发热效应的物理效应的电有源单元的示例，并非将本发明限制于这种实施例。本发明的范围扩展到用于产生其他物理效应，例如冷却或发光的其他电有源单元。根据使用的有源元件，产生的效应会发生变化。在本说明书中，如将在下面进一步描述的，有源元件是发热元件。

因此，除非另有说明，在本说明书中，表述“温度调节单元”，“温度传感器”或“发热元件”的使用仅是对任何类型的可产生物理效应的电有源单元、传感器和有源元件的说明。

在图1示例的示意图中，示出了电有源单元100，其是温度调节单元100。如图1所示，温度调节系统100包括纺织支架102，其支撑发热元件101，连接到发热元件101的温度传感器106，以及例如经由热粘合带107的连接点104。

在此示例中，温度传感器106经由电源数据线108向外部电源传输数据并从外部电源供电。

温度调节单元100可以例如通过用拉伸的热粘合带109缝合或热粘合而集成到诸如衣服或服装的织物上。

发热元件101的图案设计成在给定表面上以最均匀的方式提供最佳的热-电-功率比。取决于电源，可用功率的约束可能不太重要，因此可以使用更简单的图案，例如，完整的正方形或矩形。

在一个具体实施例中，发热元件101由导电纱线形成，导电纱线由纺织支架100的织物纱线编织而成。

优选地，根据所使用的针织机，发热元件101的图案中的两个水平元件之间的最小距离为1cm，发热元件101的图案中的两个垂直元件之间的最小距离为4cm。当编织发热元件101时，这允许自动切断多余的纱线，因此避免了手动进行。

然而，发热元件101的图案的元件之间的距离越小，效率越高。因此，如果针织机允许不必手动切断多余的纱线，则可以将完整的正方形或矩形用于上述图案。

在一个示例中，可以使用具有合成涂层的导电纱线，例如镀银纱线，用于方便在针织机中通过。

在由于针织机和/或有限的可用功率而导致的技术限制的情况下，如上所述和图1所示的加热元件101的图案是有效增加受加热影响的身体表面的有效解决方案。

随着这些技术约束的变化，可以使用其他图案，从最简单的图案（例如，完整的正方形或矩形）到比图1所示的图案更复杂的图案。

尽管具有对称图案的电子元件101是优选的，但是当不存在热量的几何均匀性时，可以使用非对称图案。

更一般地，图1因此示出了用于产生物理效应的电有源单元100，其包括纺织支架102，该物理效应在该示例中为发热。

该纺织支架102用于支撑一个或多个适于产生所述物理效应的有源元件101，在该示例中为发热元件101，一个或多个电连接点104（在该示例中为两个）以及一个或多个传感器106（在此示例中为一个）位于有源元件101上。

连接点104适于连接到电源和控制单元。

传感器106也适于连接至电源和控制单元。

因此，电有源单元100可以经由连接点104直接或经由连接线105、108连接至电源和控制单元，以允许通过电源为有源元件101供电，以及通过控制单元根据传感器106感测到的数据来激活/失活该有源元件101。

如参考图2和图3更详细地解释，纺织支架102具有第一面（在图3上可见）和与第一面相对的第二面（在图2上可见）。连接点104仅位于第一面上，因此在图3中可见。在图2中，由于粘合贴片110与连接点104相对地定位，所以连接点104不可见，以避免电流通过第二面从连接点104释放，从而避免皮肤和位于连接点104的热点之间的直接接触。

有源元件101嵌入在纺织支架102中，以便在第一面和第二面上形成确定的图案。

在图1至图4所示的示例中，纺织支架102支撑连接垫103。该连接垫103适于通过连接元件112连接至电源和控制单元，并且仅位于第一面上。因此在图3中可见（打开以显示内部细节）。在图2中还存在附图标记103以指示与连接垫103相对放置的织物贴片，以避免通过第二面从该连接垫103中的电连接元件112释放的电流。

如上所述，在图1至图3的示例中，有源元件101经由一根或多根连接线105连接至连接垫103，所述连接线105将各个连接点104连接至该连接垫103。

此外，传感器106通过至少一根第二连接线108连接至连接垫103。

第一连接线105和第二连接线108仅在图3的第一面上可见。在该示例中，这些第一连接线105和第二连接线108在织物的第一面上被缝合在纺织支架102上，优选地使用刺绣技术进行缝合。精确地，在图3的示例中，所使用的刺绣技术是呈马蹄形花边形状的刺绣技术。

或者，或作为在纺织支架102的第一面上对第一连接线105和第二连接线108缝合的补充，这些第一线105和/或第二线108可以用一块织物覆盖，这块织物本身被缝合或胶粘在纺织支架102的第一面上。

再或者，第一连接线105和第二连接线108可以简单地定位在纺织支架102的第一面上，仍然优选地以呈马蹄形花边的方式放置，并通过粘合件（例如一块织物或一条聚合物条）保持在第一面上的该位置上。

从图3的示例中可以看出，连接线105、108通过该连接垫103中的开口111连接到连接垫103中的连接元件112。

在该图3中，连接垫103被表示为打开的，第一部分113上布置有连接元件112，第二部分114被折叠在第一部分113上。在最终构造中，例如如图2和图4所示，第二部分114被折叠到第一部分113上，并例如，由于沿着第一部分113和/或第二部分114侧面的全部或一部分的粘合带（在图3中可见），所以可以保持这种状态。

除了通过第二连接线108和连接垫103将传感器106连接到电源和/或控制单元之外，该传感器106还可以适于无线连接到电源和/或控制单元。

优选地，传感器106被涂覆有粘合材料并且被夹在粘合带中。纺织支架102在其第一面上包括粘合贴片，并且传感器106附接在该粘合贴片上。

连接点104可以是包括布置在纺织支架102的第一面上的第一金属片的类型。电有源单元100包括布置在纺织支架102的第二面上并被非导电贴片覆盖的第二金属片，如上所述，第二金属片在图2上被标记为104。

第一金属片和第二金属片彼此压接。

优选地，在第一金属片和有源元件101之间设置粘合的导电贴片。该贴片允许增加连接点的电接触面，从而增加它们的导电性。

在图4中示出了织物的示例，在这种情况下为衬衫，该衬衫适于由身体的至少一部分穿着，其包括如上所述的电有源单元100。

对于人类或动物用户，织物可以是任何类型的衣服或服装。它也可以是适于覆盖或包围人或动物的身体的一部分的覆盖物，或诸如汽车座椅或任何类型座椅之类的物体的覆盖物。

纺织支架102可以是织物的一部分。例如，纺织支架102可以是用于制造织物的织物面板之一。

或者，如图4所示，纺织支架2可以通过其第一面和第二面之一附接到内表面中的一个，该内表面适于朝向穿着织物的身体的至少一部分定向；以及织物的外表面，与所述内表面相对。

例如，如上所述，可以通过缝合或通过使用拉伸的热粘合带（例如图1所示的带109）进行热粘合将纺织支架2附接到织物。

例如，如图4所示，纺织支架102通过其第一面附接到织物的内表面。有源元件101和传感器106然后可以朝向身体的穿着织物的部位定向，并且连接点104然后可以朝向织物的内表面定向。

可以使用诸如一块织物的层来覆盖有源元件101和传感器106，从而避免与用户皮肤直接接触，这对于用户而言可能是不舒服的并且对于有源元件101和/或传感器106而言是有损的。在这种情况下，可以认为有源元件101或传感器106与用户皮肤之间是间接接触。

在另一个示例中，纺织支架102通过其第一面附接到织物的外表面。有源元件101和传感器106然后可以相对于所述织物，与穿戴织物的身体部位相反地定向，并且然后连接点104可以朝向织物的外表面定向。

为了制造电有源单元100，将有源元件101嵌入到纺织支架102中，以便在纺织支架102的第一面和第二面上形成确定的图案，电连接点104附接到纺织支架102，从而位于有源元件101上并且仅位于纺织支架102的第一面上，并且传感器106附接到纺织支架102。

如上所述，在温度调节单元中，发热元件101嵌入纺织支架102中时，有源元件101包括用纺织纱线编织的导电纱线，以发热元件101作为在纺织支架102的第一面和第二面上确定的图案，形成纺织支架102。

优选地，温度传感器106附接到发热元件101，最优选地是通过将传感器106涂覆有粘合材料，将该传感器106夹在胶带中，将粘合贴片附接到纺织支架102的第一面上，并且将传感器106附接到该粘合贴片上。

的上面的描述已经针对本发明的特定实施例，然而，本发明不限于仅出于示例目的而描述的这些实施例。对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以在获得一些或全部优点的情况下对所描述的实施例进行其他变化和修改。因此，所附权利要求的目的是覆盖所有这样的变化和修改。

特别地，本发明不仅涉及用于调节人或动物用户的身体部位的温度的温度调节单元，而且更一般地涉及用于调节任何其他身体部位（例如用于容纳食物或液体的容器，座椅等…。

此外，以上描述不仅涉及温度调节，而且更通常涉及一种用于通过有源元件产生物理效应的电有源单元，该物理效应例如也可以是发光的。

Claims (22)

1.一种电有源单元（100），用于产生诸如发热，制冷或光发射之类的物理效应，包括：纺织支架（102），其支撑：至少一个适于产生所述物理效应的有源元件（101）；至少一个电连接点（104），其适于连接到电源和控制单元，并且位于所述有源元件（101）上；至少一个传感器（106），其适于连接到电源和控制单元，使得可以经由连接点（104）将电有源单元（100）连接到电源和控制单元，以便允许通过电源为有源元件（101）供电，以及通过控制单元根据传感器（106）感测到的数据激活/失活所述有源元件（101）；其中所述纺织支架（102）具有第一面和与所述第一面相对的第二面，所述至少一个连接点（104）仅位于所述第一面上，所述有源元件（101）被嵌入在所述纺织支架（102）中，以便在所述第一面和所述第二面上形成确定的图案。

2.根据权利要求1所述的电有源单元（100），其中，所述纺织支架（102）支撑连接垫（103），其适于连接至电源和控制单元并且仅位于所述有源元件（101）的第一面上，所述有源元件（101）经由至少一条第一连接线（105）连接到连接垫（103），所述至少一条第一连接线（105）将连接点（104）连接到所述连接垫（103）。

3.根据权利要求1和2中的任一项所述的电有源单元（100），其中，所述纺织支架（102）支撑连接垫（103），其适于连接至电源和控制单元，并仅位于所述第一面上，传感器（106）通过至少一根第二连接线（108）连接到所述连接垫（103）。

4.根据权利要求2至3中任一项所述的电有源单元（100），其中，所述第一连接线和/或第二连接线（105、108），优选地使用刺绣技术，最优选地使用呈马蹄形花边形状的刺绣技术，在纺织支架（102）的第一面上缝合。

5.根据权利要求2至3中任一项所述的电有源单元（100），其中，所述第一连接线和/或第二连接线（105、108）被一块织物覆盖，该织物北缝合或胶粘在所述纺织支架（102）的第一面上。

6.根据权利要求2至3中任一项所述的电有源单元（100），其中，所述第一连接线和/或第二连接线（105、108）设置在所述纺织支架（2）的第一面上，优选地以马蹄形花边形状，并通过粘合件，例如一块织物或一条聚合物条保持在所述第一面上的位置。

7.根据权利要求1和2中任一项所述的电有源单元（100），其中，所述传感器（106）适于无线地连接到所述电源和/或所述控制单元。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的电有源单元（100），其中，所述传感器（106）涂覆有粘合材料并被夹在粘合带中，所述纺织支架（102）在其第一面上包括粘合贴片，所述传感器（106）附接在所述粘合贴片上。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的电有源单元（100），其中，所述连接点（104）包括设置在所述纺织支架（102）的所述第一面上的第一金属片，所述电有源单元（100）包括第二金属片，其设置在所述纺织支架（102）的所述第二面上，并被不导电贴片覆盖，所述第一金属片和所述第二金属片彼此压接。

10.根据权利要求9所述的电有源单元（100），其中，所述连接点（104）包括设置在所述第一金属片和所述有源元件（101）之间的粘合导电片。

11.根据前述权利要求中任一项所述的电有源单元（100），用于散发热量以便调节身体的温度，其中所述有源元件（101）是发热元件（101），所述传感器（106）是温度传感器（106），所述发热元件（101）包括用所述纺织支架（102）的织物纱线编织的导电纱线，以便在所述纺织支架（102）的所述第一面和所述第二面上形成确定的图案。

12.适用于身体的至少一部分穿戴的织物，例如衣服，服装或覆盖物，其中，所述织物包括根据前述权利要求中任一项所述的电有源单元（100）。

13.根据权利要求12所述的织物，其中，所述纺织支架（102）是所述织物的一部分。

14.根据权利要求13所述的织物，所述织物具有内表面，其适于朝向穿戴所述织物的身体的至少一部分定向，以及与所述内表面相对的外表面，其中所述纺织支架（102）通过其第一面或第二面附接到织物的所述内表面和外表面之一。

15.根据权利要求14所述的织物，其中，所述纺织支架（102）通过其第一面或第二面附接到所述织物的内表面。

16.根据权利要求15所述的织物，其中，所述纺织支架（102）通过其第一面附接到所述织物的所述内表面，使得所述有源元件（101）和所述传感器（106）可以朝向穿戴所述织物的身体部位定向，并且所述连接点（104）可以朝向所述织物的所述内表面定向。

17.根据权利要求14所述的织物，其中，所述纺织支架（102）通过其第一面或第二面附接到所述织物的外表面。

18.根据权利要求17所述的织物，其中，所述纺织支架（102）通过其第一面附接到所述织物的外表面，使得所述有源元件（101）和所述传感器（106）可以相对于所述织物，在穿戴所述织物的身体部位上相对定向，并且所述连接点（104）可以朝向所述织物的外表面定向。

19.一种制造电有源单元（100）的方法，该电有源单元适于产生诸如发热，制冷或光发射之类的物理效应，所述方法包括：将适于产生所述物理效应的有源元件（101）嵌入到纺织支架（102）中；将适于连接到电源和控制单元的电连接点（104）连接到所述纺织支架（102），以使所述连接点（104）位于所述有源元件（101）上；将适于连接到上述电源和控制单元的传感器（106）连接到所述纺织支架（102），使得所述电有源单元（100）可以通过所述连接点（104）连接到所述电源和控制单元，以便允许通过电源为所述有源元件（101）供电，并由控制单元根据传感器（106）感测到的数据来激活/失活所述有源元件（101），其中所述纺织支架（10 2）具有一个第一面和一个与该第一面相对的第二面，所述至少一个连接点（104）附接到所述纺织支架（102）上，使其仅位于所述第一面上，所述有源元件（101）被嵌入在所述纺织支架（102）中，从而在所述第一面和第二面上形成确定的图案。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述有源元件（101）是发热元件（101），所述传感器（106）是温度传感器（106），其中，将所述有源元件（101）嵌入到所述纺织支架（102）中包括编织导电纱线和纺织纱线，以发热元件（101）作为在所述纺织支架（102）的第一面和第二面上的确定图案，形成纺织支架（102）。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，将所述温度传感器（106）附接到所述纺织支架（102）包括将所述传感器（106）附接到所述发热元件（101）。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，将所述传感器（106）附接至所述发热元件（101）包括：所述传感器（106）涂覆有粘合材料，将所述传感器（106）夹在胶带中，附接到所述纺织支架（102）粘合贴片的第一面上，并将所述传感器（106）附接在所述粘合贴片上。

Images