CN216122893U

CN216122893U - 电池模块和听力装置

Info

Publication number: CN216122893U
Application number: CN202120838655.1U
Authority: CN
Inventors: N.B.那拉姆帕那维; H.G.叶; C.K.萧; C.E.A.王; G.H.罗; S.B.拉斯纳亚卡穆迪延塞拉杰
Original assignee: Sivantos Pte Ltd
Current assignee: Sivantos Pte Ltd
Priority date: 2020-04-23
Filing date: 2021-04-22
Publication date: 2022-03-22
Anticipated expiration: 2031-04-22
Also published as: DE102020205153A1; US20210336485A1; US11489369B2

Abstract

本实用新型涉及一种用于听力装置(1)的电池模块(10)，所述电池模块设置用于在感应的谐振充电过程中使用。所述电池模块具有：‑二次电池(12)，‑阻挡壳罩(26)，所述阻挡壳罩包围所述二次电池(12)并且用于屏蔽所述二次电池以防磁场影响，‑外壳(24)，所述外壳由透磁的材料构成并且布置在所述阻挡壳罩外侧，和‑感应线圈(14)，所述感应线圈布置在所述外壳的外侧并且设置用于感应地接收能量并且与外壳构成用于接收能量的接收天线。所述阻挡壳罩、由透磁的材料构成的外壳和/或感应线圈的材料和/或几何结构这样选择，使得电池模块、尤其是用于接收能量的感应线圈在充电频率为在产生交变磁场时由充电设备使用的预设值时具有至少为35的品质因数。

Description

电池模块和听力装置

技术领域

本实用新型涉及一种电池模块。此外，本实用新型涉及一种具有这种电池模块的听力装置。

背景技术

听力装置通常用于将声音信号输出至该听力装置的佩戴者的听觉系统

所述输出在此借助输出转换器、大多以声学方式通过空气声借助扬声器(也称为听筒或者“接收器”)实现。这种听力装置在此通常用作所谓的听力辅助设备(也简称为助听器)，所述听力辅助设备用于为听力减退的人提供服务。听力装置为此通常包括声学的输入转换器(尤其是麦克风)和信号处理器，所述信号处理器设置用于通过使用至少一个通常针对用户特定地存储的信号处理算法这样处理由输入转换器从环境声产生的输入信号(也称为麦克风信号)，使得听力装置的佩戴者的听力减退至少部分地被补偿。尤其在听力辅助设备的情况下，除了扬声器之外，输出转换器备选地还可以是设置用于将声音信号机械地或者电地输入到佩戴者的听觉系统中的所谓的骨传导听筒或者耳蜗植入物。术语“听力装置”附加地尤其也包括例如所谓的耳鸣罩、头戴式耳机、头戴式听筒和类似的设备。

在此期间，越来越多地使用(尤其也被称为“蓄电池”的二次电池的形式的) 可再充电的能量存储器以便为听力装置的电子部件供应能量。原则上在此可以考虑的是，用相同形式的二次电池

代替传统的电池形式。然而由于后者通常输出不同的电压值，因此通常需要转换器电子器件以将电压转换为电子部件所需的电压值，因此通常无法简单地进行替换。此外，也应该能够在不将二次电池从相应的听力装置中取出的情况下为所述二次电池充电，以便提高使用的便利性。此外，由于听力装置、尤其是听力辅助设备通常佩戴在身体上并且由此受到体液、尤其是汗液的影响，因此无线充电是期望的。因为由此能够将听力装置的壳体设计得特别密封。

无线充电通常借助感应的充电线圈(也称为“次级线圈”)进行，所述充电线圈在充电运行中与布置在充电设备中的发射线圈(也称为“初级线圈”)无线地、具体为感应地耦合。然而在此，(如果电子部件在其运行电压值方面与二次电池的输出电压不适配)，则必要时除了上述的转换器电子器件之外，需要充电电子器件来控制(电池侧的)充电过程。所述充电电子器件通常与二次电池共同组合成“电池模块”。

为了感应地进行充电，需要相对准确地相对于发射线圈布置充电线圈。此外，两个线圈也必须以彼此间相对较小的距离(通常在大约3毫米的范围内)布置。否则会影响能量传输中的可能的能量输出，这会导致充电周期过长，或者甚至导致充电不足，或者在最坏的情况下导致无法对次级线圈进行充电。然而恰恰对于需要佩戴于耳中的听力装置(尤其是对于所谓的耳内式听力辅助设备，简称为“IdO“或者英语“in the ear”的缩写ITE)，这种准确的或者彼此靠近的布置结构例如由于通常个性化地适配的壳体而大多是不可行的。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，对无线充电进行改进。

按照本实用新型，所述技术问题通过以下描述的电池模块解决。此外，所述技术问题按照本实用新型通过以下描述的听力装置解决。在以下说明中阐述了本实用新型的有利的且部分本身有创造性的实施方式和扩展设计。

按照本实用新型的电池模块设计和设置用于在听力装置、尤其是听力辅助设备(简称“助听器”)中使用，可选地在ITE听力辅助设备(即需要佩戴在耳中的听力辅助设备，简称“ITE”)中使用。然而按照本实用新型的电池模块同样也适合并且设计和设置用于在需要佩戴于耳后的听力辅助设备(也称为“BTE”，即“behind the ear(耳后)”)中使用。此外，电池模块设置用于在感应式 (或者“磁性的”)谐振充电过程中使用。

按照本实用新型的电池模块为此包括(即包含或者具有)二次电池、包围所述二次电池并且用于屏蔽所述二次电池以防磁场影响的阻挡壳罩 (Sperrmantel)、由透磁的(permeabel，或者说能导引磁的)材料构成的相对于所述阻挡壳罩布置在外侧的外壳(Mantel)，以及相对于所述外壳布置在外侧的感应线圈，所述感应线圈设置用于感应地接收能量并且至少与由透磁的材料构成的外壳、并且可选地也附加地与阻挡壳罩共同构成用于接收能量的接收天线。阻挡壳罩、由透磁的材料构成的外壳和/或感应线圈的材料和/或几何结构在此这样选择，使得电池模块、尤其是用于接收能量的感应线圈在充电频率为预设值时具有大于35、优选至少为45的品质因数，所述预设值在产生交变磁场时由充电设备使用。

阻挡壳罩优选至少在二次电池的周向面上环形闭合地包围所述二次电池。

如此高的品质因数实现了接收天线、即尤其是感应线圈与充电设备的对应的发射线圈的谐振耦合。由此又实现了使感应线圈能够相对不那么精确地、例如在(尤其是在两个线圈的轴线方面)不超过60度的倾斜位置中和/或以不超过20毫米的距离相对于发射线圈定向。此外，能够实现至少约为常规的感应式能量传输的两倍高的能量效率。

术语“BTE”在此及以下尤其既是指具有位于壳体中的扬声器并且借助声管向使用者(“助听器佩戴者”)的听觉系统传递声音的听力辅助设备，也是指具有位于壳体之外的、在按照规定的佩戴状态中定位在耳道中的扬声器的听力辅助设备(也称为代表“receiverin canal”的“RIC-BTE”等)。

在一种优选的设计方案中，接收天线、尤其是感应线圈(优选以约为百分之1至最大百分之5的公差)与大于11MHz、优选大约13.56MHz的谐振频率适配。换言之，充电频率的预设值大于11、优选为13.56MHz左右、进一步优选为13.56MHz。该谐振频率(或者充电频率)例如在以下情况下是特别有利的，即在包括电池模块的优选在其它频率范围(例如约3或者约10MHz)中工作的装置、尤其是听力装置中存在其它根据感应传输原理工作的线圈、例如数据传输线圈和/或电话线圈。在这种情况下降低了两个线圈相互影响的风险。

在另一种优选的设计方案中，由透磁的材料构成的外壳的材料和/或结构 (例如材料厚度)这样选择，使得其(即所述外壳)在充电频率为所述预设值时具有小于0.03、优选小于0.02的损耗因数。材料的(尤其是磁)损耗因数(“tanδ”；也称为“磁损耗正切(英语magnetic loss tangent)”)的目标值为此尤其是与品质因数(“Q”)的优选值(或：“目标值”)相关地根据公式

确定。对于特殊的材料，所述损耗因数根据公式

确定，其中μ"代表(复数的)磁导率值(或者也称为“相对的磁导率”)的虚部，并且μ'代表磁导率值的实部。

在一种适宜的扩展设计中，由透磁的材料制成的外壳由铁氧体构成或者包含铁氧体。在第一种情况下，外壳例如是烧结的。在第二种情况下，所述外壳例如由填充有铁氧体的塑料注塑。然而所述外壳优选由柔性的(并且优选为多层的)、包含铁氧体颗粒的薄膜构成。

在一种优选的设计方案中，根据二次电池的尺寸、优选直径为感应线圈选择匝数和导线横截面积作为几何结构。二次电池的匝数以及直径(并且由此感应线圈的直径)在此影响感应线圈的感应率。另一方面，构成感应线圈的导线的每一匝也导致所述导线的长度增大，这又导致感应线圈的电阻增大。因为品质因数针对感应线圈本身通过

描述，其中ω描述了谐振频率的角频率，L描述感应线圈的感应率并且R描述感应线圈的电阻(尤其是交流电阻)，并且电阻又取决于相应的导线的长度和横截面积，因此高的匝数导致对品质因数的改善较少或者甚至导致品质因数变差。对于在其直径方面优选与常见的助听器电池、例如与“型号”312 相符的二次电池，例如使用2匝的匝数。优选使用铜作为感应线圈的材料。铜在此具有的优点为特别低的比电阻以及尤其是电阻随温度的变化较小。

在一种适宜的设计方案中，感应线圈(参照二次电池的厚度或者高度来观察)布置在电池模块、尤其是二次电磁或者由透磁的材料构成的外壳的中部区域中。

在另一种适宜的设计方案中，感应线圈与用于调节接收天线的谐振频率的谐振电容器耦连。所述谐振电容器在此优选具有值小于百分之0.5、优选小于百分之0.3的介电吸收(dielektrische Absorption，尤其是一种在放电之后在电容器中的剩余电压或者重新“充载”的电压)、百分之1或者更小的公差和 /或50伏特的额定电压值。进一步优选的是，根据针对无源结构元件的角频率ω的等式

在预设的角频率ω和感应线圈的预设的感应率L的情况下确定谐振电容器的电容C。由于对于感应的谐振充电过程需要谐振频率(与前述角频率对应)的尽可能准确的适配，所以也可以通过满足至少一个、优选所有前述标准的高精度的谐振电容器特别准确地调节接收天线的谐振频率。

在一种优选的设计方案中，阻挡壳罩的材料这样选择，使得所述阻挡壳罩的磁导率值

比二次电池的壳体材料的磁导率值低至少两个、优选三个数量级。尤其是选择铜作为阻挡壳罩的材料。这尤其是有利的，因为二次电池的壳体材料通常是精炼钢，其磁导率值大约在750到1800 之间的范围中。而铜的磁导率值约在1的范围中。通过阻挡壳罩、尤其是具有前述特性的阻挡壳罩能够有利地减少二次电池中的涡流损耗并且由此也减少所述二次电池的升温。为此优选尤其基于以下公式确定阻挡壳罩的强度或者厚度

在此，

P描述了功率损耗，

B_P描述了磁场峰值，

d描述了阻挡壳罩的厚度(或者线材的直径)，

f描述了(谐振)频率，

k描述了常数，所述常数对于薄层为1并且对于细线材为2，

ρ描述了材料的比电阻，并且

D描述了材料的密度。

例如使用至少0.08、优选0.10mm或者不超过0.12mm的值作为阻挡壳罩的厚度。换言之，阻挡壳罩为薄膜、尤其是铜膜。该薄膜优选切割为带并且以其端部相互重叠地铺设成前述的环。阻挡壳罩的厚度在此优选这样选择，使得存在四倍的传导层厚度(也称为“趋肤深度”(英语skin depth)”)，所述传导层厚度与下述厚度或者深度对应，在所述厚度或者深度中，(电)磁场的穿透深度下降至百分之37。由此有利地实现了，只还有约百分之2的场能够向二次电池传播并且在那里产生涡流。

在一种适宜的设计方案中，感应线圈设计为线材线圈(Drahtspule，即由实心的线材构成)或者绞合线线圈(Litzenspule，即由多个相对较细的单独线材构成，所述单独线材也称为“单丝”)。匝数优选为二。进一步优选地，线材或者绞合线至少在外侧是绝缘的，从而能够防止匝圈之间发生短路。

在一种备选的设计方案中，感应线圈设计为柔性的电路载体的导体线路(Leiterbahn)。感应线圈的匝数在该变型方案中优选也为二。感应线圈尤其由两个或者多个导体线路区段构成。在围绕二次电池铺设柔性的电路载体之后，在此优选将这些导体线路区段电接触、例如钎焊或者熔焊。

按照本实用新型的听力装置包括前述电池模块。所述听力装置优选在此设计为(尤其是需要佩戴在耳后的)听力辅助设备。

在此和下文中连词“和/或”尤其这样理解，即通过该连词联结的特征既可以共同地设计，也可以设计为彼此的替代方案。

附图说明

以下根据附图详细阐述本实用新型的实施例。在附图中：

图1在示意性的侧视图中示出了听力装置；

图2在示意性的电路图中示出了听力装置的电池模块；

图3在示意性的立体视图中示出了电池模块；

图4在按照图3的视图中示出了电池模块的另一实施例；并且

图5在示意性的俯视图中示出了按照图4的电池模块的处于中间制造步骤中的感应线圈。

彼此对应的部件在所有附图中始终配设有相同的附图标记。

附图标记列表：1BTE，2壳体，4麦克风，6扬声器，8信号处理器， 10电池模块，12电池，14感应线圈，16谐振电容器，18整流器电路，20保险装置，22热敏电阻，24外壳，26阻挡壳罩，28电路板，30导体线路区段，32连接位置。

具体实施方式

在图1中示出了听力装置，所述听力装置的形式为听力辅助设备、具体为需要佩戴于使用者耳后的听力辅助设备(简称为“BTE1”)。然而听力装置同样能够以未详细示出的方式方法设计为需要佩戴在耳中的听力辅助设备 (“ITE”)。BTE1包括壳体2，所述BTE1的电子部件布置在所述壳体中。这些电子部件例如是两个麦克风4、扬声器6、信号处理器8和电池模块10。麦克风4用于在按照规定地运行BTE1时接收环境声并且将所述环境声转化为电输入信号，所述电输入信号由信号处理器8处理(尤其是滤波、根据频率放大和/或减弱等)。处理过的输入信号接着作为输出信号输出至扬声器6并且由所述扬声器转化为声信号并且进一步传输给使用者的听觉系统。

用于运行电子部件所需的能量在按规定的运行中由电池模块10提供。所述电池模块包括能再次充电的电池12(也称为“二次电池”)作为能量存储器。为了不必将电池12从壳体2中取出以对其进行充电，以及为了将充电设计得尽可能便捷，电池模块10设置用于进行无线充电。电池模块10为此包括感应线圈14(参见图2)，以便能够感应地接收由充电线圈(也称为初级线圈) 发出的充电能量。为了实现尽可能高的能量输出以及在感应线圈14相对于初级线圈定向时实现尽可能高的公差，电池模块10设计和设置用于所谓的感应的或者磁性的谐振充电过程。电池模块10为此包括谐振电容器16，所述谐振电容器直接(即在中间不连接其它构件的情况下)与感应线圈14连接。该谐振电容器16这样选择，使得感应线圈14的谐振频率与尽可能窄的频带适配。在该实施例中选择13.56兆赫兹的频率作为谐振频率。

电池模块10在该实施例中还具有整流器电路18、与电池12连接的保险装置20以及用于在充电过程中对电池12进行热监测的热敏电阻22。电池模块10可选地还具有未详细示出的充电电子器件，该充电电子器件在按照规定的充电过程期间将能量馈入电池12中并且监测充电和放电过程。

在图3中详细地示出了电池模块10的部分。由此可知，感应线圈14围绕设计为纽扣电池形式的电池12的外周铺设。在感应线圈14下方，即在电池12和感应线圈14之间布置有由透磁的材料制成的外壳24，所述外壳用于传导从初级线圈发出的磁场线。外壳24在此由含铁氧体的薄膜构成，所述薄膜作为环状的外壳围绕电池12铺设。作为薄膜，在该实施例中使用TDK 公司的名称为IFLO4的厚度为0.2mm的薄膜。这能够使得在所选的谐振频率中的损耗因数小于0.03，从而使针对感应线圈14、具体而言针对由感应线圈14和外壳24形成的接收天线的品质因数约为40。在该外壳24的下方围绕电池12环形闭合地铺设有称为“阻挡壳罩26”的另一外壳。该阻挡壳罩26 由铜构成并且用于减少或者防止电池12的壳体材料中的涡流损耗，所述涡流损耗可能由于入射到电池12的壳体材料中的磁场产生。

在本实施例中，电池12具有与型号312的纽扣电池相符的尺寸。针对该尺寸将感应线圈14的匝数设置为二，因为在此产生感应线圈14的感应率和电阻的良好比率。在此选择铜作为感应线圈14的材料。

在按照图3的实施例中，感应线圈14设计为线材线圈。在图4中示出的、其结构在原则上与按照图3的实施例相符的备选实施例中，所述感应线圈14则设计为印制的、柔性的电路板28(“Flex-PCB”)的导体线路。如图5所示，所述导体线路首先制造为具有多个、在此具体为三个导体线路区段30的平坦的“展开的”元件，所述导体线路区段在缠绕电池12之后与电路板28在对应的连接位置32上相互电连接。

感应线圈14与其设计无关地相对于电池12的厚度或者外壳24的宽度居中地布置，以便在此铺设在磁场线集中的区域中。

本实用新型的技术方案并不局限于上述实施例。而是本领域技术人员可以从以上描述中推导出本实用新型的其它实施例。本实用新型的根据不同实施例描述的各个单独特征及其设计变型尤其也可以以其它方式相互组合。

Claims

1.一种用于听力装置(1)的电池模块(10)，所述电池模块设置用于在感应的谐振充电过程中使用，所述电池模块具有

-二次电池(12)，

-阻挡壳罩(26)，所述阻挡壳罩包围所述二次电池(12)并且用于屏蔽所述二次电池(12)以防磁场影响，

-外壳(24)，所述外壳由透磁的材料构成并且相对于所述阻挡壳罩(26)布置在外侧，

-感应线圈(14)，所述感应线圈相对于所述外壳(24)布置在外侧并且设置用于感应地接收能量并且与所述外壳(24)构成用于接收能量的接收天线，

其特征在于，所述阻挡壳罩(26)、由透磁的材料构成的外壳(24)和/或感应线圈(14)的材料和/或几何结构选择为，使得电池模块(10)、尤其是用于接收能量的感应线圈(14)在充电频率为在产生交变磁场时由充电设备使用的预设值时具有至少为35的品质因数。

2.根据权利要求1所述的电池模块(10)，其特征在于，所述接收天线与大于11MHz、优选约为13.56MHz的谐振频率适配。

3.根据权利要求1所述的电池模块(10)，其特征在于，由透磁的材料构成的外壳(24)的材料或者结构选择为，使得所述外壳在充电频率为所述预设值时具有小于0.03、优选小于0.02的损耗因数。

4.根据权利要求3所述的电池模块(10)，其特征在于，所述由透磁的材料构成的外壳(24)由铁氧体构成或者包含铁氧体。

5.根据权利要求1所述的电池模块(10)，其特征在于，根据二次电池(12)的尺寸为感应线圈(14)选择匝数和导线横截面积作为几何结构，并且其中，尤其是选择铜作为所述感应线圈(14)的材料。

6.根据权利要求1所述的电池模块(10)，其特征在于，所述感应线圈(14)与用于调节接收天线的谐振频率的谐振电容器(16)耦连，其中，所述谐振电容器(16)尤其具有小于百分之0.5、优选小于百分之0.3的介电吸收、百分之1的公差和/或50伏特的额定电压值。

7.根据权利要求1所述的电池模块(10)，其特征在于，所述阻挡壳罩(26)的材料选择为，使得所述阻挡壳罩(26)的磁导率值比二次电池(12)的壳体材料的磁导率值低至少两个、优选三个数量级，其中，尤其选择铜作为所述阻挡壳罩(26)的材料。

8.根据权利要求1所述的电池模块(10)，其特征在于，所述感应线圈(14)设计为线材线圈或者绞合线线圈，其中，匝数尤其为二。

9.根据权利要求1所述的电池模块(10)，其特征在于，所述感应线圈(14)设计为柔性的电路载体(28)的导体线路，其中，匝数尤其为二。

10.一种听力装置(10)、尤其是听力辅助设备，其特征在于，所述听力装置具有根据权利要求1所述的电池模块(10)。