移動功能裝置的製作方法

2024-04-03 16:48:05 1

本發明建議一種移動功能裝置，具有供給電能的蓄電池或者說電池。

技術實現要素：

本發明源自一種移動功能裝置，尤其是移動的、能布置在使用者身體部分上的功能裝置，所述移動功能裝置具有至少一個通訊單元，用於與至少一個外部單元通訊，和/或所述移動功能裝置具有至少一個傳感器單元，用於檢測至少一個使用者特徵值和/或環境特徵值。

在此建議，所述移動功能裝置具有至少一個能量收集單元，用於將至少一個能量形式轉換成電能，用於至少給所述至少一個通訊單元和/或所述至少一個傳感器單元提供能量。優選附加於蓄電池或電池設有所述至少一個能量收集單元。由此可以實現有利的長的使用持續時間並由此實現移動功能裝置的優選的高的操縱舒適性。也可以設想，替代於蓄電池或者電池設有所述至少一個能量收集單元，並且代替蓄電池或電池。由此可以實現有利的環境友好的移動功能裝置的構型，尤其在移動功能裝置的使用或壽命持續時間結束時的廢物處理方面。此外，通過按照本發明的構型可以實現優選環境有利的且持久的能量供給，用於運行移動功能裝置，並且特別有利地實現自給自足的、獨立於外部電源的移動功能裝置的運行。

「移動功能裝置」在這種情況下尤其理解為一個裝置，所述裝置設置用於在運行時由使用者攜帶。在此攜帶不僅可直接地、例如尤其在使用者的手中實現、或者可間接地、例如尤其通過由使用者穿戴的衣物和/或通過由使用者把持的設備實現。移動功能裝置優選由智能帶形成。但是也可以設想，移動功能裝置構造為可佩戴計算機、尤其至少構造為智能手錶的一部分。「設置」尤其要理解為專門編程、設計和/或構型。物體設置用於確定的功能尤其要理解為，該物體在至少一個應用和/或運行狀態中滿足和/或執行所述確定的功能。

所述至少一個通訊單元為了與外部單元通訊優選具有至少一個接口，用於尤其雙向地交換數據。可以設想不同的、技術人員視為有意義的通訊單元的構型，但是尤其是無線通訊，例如通過藍牙、尤其按照標準4.0Low Energy，WLAN，尤其按照標準801.11n，Zigbee，NFC，RFID，GSM，LTE或者UMTS。但是替代或附加地也可以設想，至少一個通訊單元的線連接地通訊，例如通過USB接頭。至少一個通訊單元優選還可以用於進入授權裝置、尤其是對於至少一個空間，對於機器授權、對於雲連接和/或對於其它的、技術人員視為有意義的功能。所述外部單元可至少部分地由手持式工具機、保護裝備、尤其是使用者的個人保護裝備(PSA)、具有進入授權裝置的門、花園設備、智慧型手機或者平板、尤其在居室和/或工作室中的基礎設施元件形成。但是也可以設想其它的、技術人員視為有意義的外部單元的構型。所述外部單元優選可以至少部分地與移動功能裝置無關地且分開地運行和使用。

所述至少一個傳感器單元例如設置用於檢測使用者的生命數據、尤其是體溫、脈搏、氧飽和、血壓、呼吸頻率、血糖值和/或其它的、技術人員視為有意義的身體功能、檢測振動、檢測環境溫度、檢測使用或工作持續時間和/或用於識彆氣體或汙染物質。替代或附加地也可以設想其它的、技術人員視為有意義的特徵值。優選地，所述至少一個傳感器單元布置在使用者的肢體上、例如尤其手臂上。

所述至少一個能量收集單元優選用於利用來自移動功能裝置周圍的能量。至少一個能量收集單元將至少一個能量形式的至少一個部分轉換成電能。至少一個能量收集單元優選設置用於，至少在移動功能裝置的一個使用狀態中提供至少一個部分電能，所述至少一部分電能對於運行所述至少一個通訊單元和/或所述至少一個傳感器單元是必需的。至少一個能量收集單元可以將其轉換成電能的至少一個能量形式有利地由使用者體熱或者說與環境的溫度差、由使用者的運動、尤其通過操作者手關節上的脈搏和/或通過在工作時的振動、由光線或太陽射線、由來自環境的無線電波和/或其它的、技術人員視為有意義的方式形成。

此外建議，所述至少一個能量收集單元包括至少一個壓電元件，用於將通過使用者的脈動產生的運動能轉換成電能。由此可以有利地簡單地將尤其運動能和/或衝擊脈衝轉換成電能以及實現至少一個能量收集單元的優選緊湊構型。「壓電元件」在這種情況下尤其理解為一元件、尤其是固體，其中該元件按照壓電效應具有電極變化和由此具有電壓變化作為對於彈性變形的反應。至少一個壓電元件優選至少部分地由氮化鋁(AlN)和/或鋯鈦酸鉛(PZT)形成。

此外建議，所述移動功能裝置包括至少一個固定單元，具有至少一個固定元件，所述固定元件設置用於布置在使用者的身體部分上，其中，所述至少一個能量收集單元包括至少一個壓電元件，用於將至少一個通過固定元件變形產生的力轉換成電能。由此可以通過至少一個能量收集單元實現優選高效地轉換成電能。「壓電元件」在這種情況下尤其要理解為一元件、尤其是固體，其中該元件按照壓電效應具有電極變化和由此具有電壓變化作為對於彈性變形的反應。至少一個壓電元件優選至少部分地由氮化鋁(AlN)和/或鋯鈦酸鉛(PZT)形成。至少一個壓電元件優選用於利用在固定元件中的在使用狀態中的拉力和壓力。至少一個固定元件優選至少部分彈性地構造。至少一個固定元件有利地作為臂帶、腳踝帶、護胸甲和/或以其它的、技術人員視為有意義的方式構造。

此外建議，所述至少一個能量收集單元包括至少一個珀耳帖元件，用於將在使用者皮膚表面溫度與環境溫度之間的溫度差轉換成電能。由此可以有利地方便地利用使用者的體熱，用於產生電能以及實現至少一個能量收集單元的優選緊湊構型。「珀耳帖元件」在這種情況下尤其理解為一元件，它構造為電熱轉換器並且用於以塞貝克(Seebeck)效應為基礎產生電流。至少一個壓電元件優選用於接觸使用者皮膚表面。

此外建議，所述至少一個能量收集單元包括至少一個無線電波元件，用於將無線電波的輻射能轉換成電能。由此可以實現有利的環境友好地且持久地產生電能。「無線電波」在這種情況下尤其要理解為電磁輻射的形式。所述至少一個無線電波元件優選包括至少一個天線，用於接收無線電波，尤其從至少一個無線電波元件周圍接收無線電波。所述至少一個無線電波元件優選可以作為無源的RFID和/或以其它的、技術人員視為有意義的方式構造。

此外建議，所述移動功能裝置包括至少一個能量傳遞單元，用於傳遞利用能量收集單元產生的電能到至少一個外部單元上。由此以優選簡單的方式可以有利地高效利用由能量收集單元產生的電能。由此，利用能量收集單元產生的電能可以用於對外部單元的蓄電池充電和/或用於運行外部單元的至少一個部分。所述外部單元有利地包括至少一個對應的能量傳遞單元。所述能量傳遞單元優選用於雙向能量傳遞。所述能量傳遞單元優選設置用於無線的能量傳遞，尤其至少部分地通過電感進行能量傳遞。

此外建議，所述至少一個通訊單元包括至少一個通訊元件，用於以小於1000MHz的頻率通訊。由此可以實現在移動功能裝置與外部單元之間的有利的節能的通訊構型。所述至少一個通訊元件優選用於以902MHz的頻率、且尤其優選以315MHz的頻率通訊。也可以設想其它的、技術人員視為有意義的頻率。

此外建議一種系統，具有至少一個外部單元、尤其具有至少一個手持式工具機，具有至少一個移動功能裝置、尤其具有至少一個所述的移動功能裝置，並且具有至少一個能量傳遞單元，用於在至少一個外部單元與至少一個移動功能裝置之間傳遞電能。由此可以有利地好地且高效地利用可供使用的電能。可以從移動功能裝置到外部單元、從外部單元到移動功能裝置或者雙向地在移動功能裝置與外部單元之間傳遞電能。所述外部單元可以包括附加的能量收集單元，用於獲取可利用能量傳遞單元傳遞的電能。傳遞的電能可以至少部分地用於對移動功能裝置的蓄電池和/或外部單元的蓄電池充電和/或用於運行移動功能裝置的和/或外部單元的至少一個部分。

此外建議一種用於運行所述系統的方法，其中，在至少一個方法步驟中將利用至少一個能量收集單元產生的電能從至少一個移動功能裝置至少部分地傳遞到至少一個外部單元上。替代或附加地建議，在至少一個方法步驟中將利用至少一個能量收集單元產生的電能從至少一個外部單元至少部分地傳遞到至少一個移動功能裝置上。由此可以有利地好地且高效地利用可供使用的電能。

在此，按照本發明的移動功能裝置不局限於上述的應用和實施方式。按照本發明的移動功能裝置為了滿足在此所述的作用方式尤其具有的數量可以不同於在這裡列舉的各元件、構件和單元的數量。

附圖說明

由下面的附圖說明給出其它優點。在附圖中示出本發明的多個實施例。附圖、描述和權利要求含有大量特徵組合。技術人員也可以符合目的地單獨考慮特徵並且組成有意義的其它組合。

在此示出：

圖1按照本發明的移動功能裝置的立體圖，

圖2按照本發明的移動功能裝置的示意剖面圖，

圖3按照本發明的移動功能裝置的方框圖，

圖4一個系統，具有由手持式工具機形成的外部單元並且具有按照本發明的移動功能裝置，

圖5多個替代地構型的按照本發明的移動功能裝置，

圖6用於運行所述系統的方法的流程圖。

具體實施方式

在圖1和2中示出移動功能裝置10。移動功能裝置以能布置在使用者身體上的方式構造。移動功能裝置10由智能帶形成。移動功能裝置10包括至少一個用於與至少一個外部單元14通訊的通訊單元12和至少一個用於檢測至少一個使用者特徵值和/或環境特徵值的傳感器單元16。移動功能裝置10包括正好一個通訊單元12和正好一個傳感器單元16。但是也可以設想，移動功能裝置10具有多於一個的通訊單元12以及多於一個的傳感器單元16。此外也可以設想，移動功能裝置10包括至少一個通訊單元12或替代地至少一個傳感器單元16。

傳感器單元16包括至少一個傳感器元件42，用於檢測使用者特徵值和/或環境特徵值。傳感器單元16包括一個用於檢測使用者特徵值的傳感器元件42和一個用於檢測環境特徵值的傳感器元件。也可以設想，傳感器單元16具有不同數量的傳感器元件42。使用者特徵值構造為使用者的生命特徵值，例如脈搏、心率、運動、體溫和/或其它的、技術人員視為有意義的特徵參數。環境特徵值例如構造為環境溫度、空氣溼度、振動和/或其它的、技術人員視為有意義的特徵參數。也可以設想任意的、技術人員視為有意義的傳感器元件42組合，用於檢測使用者特徵值和/或環境特徵值。

通訊單元12用於與由手持式工具機34形成的外部單元14通訊。通訊單元12包括至少一個通訊元件32，用於以低於1000MHz的頻率通訊。通訊單元12包括正好一個通訊元件32。但是，通訊單元12可以具有多於一個的通訊元件32。通訊元件32用於以902MHz的頻率通訊。也可以設想其它的、技術人員視為有意義的頻率、例如315MHz。通訊元件32用於發送信息或命令。通訊元件32構造為發送元件。外部單元14包括對應的通訊單元44，具有至少一個接收元件，用於接收由移動功能裝置10的通訊單元12的通訊元件32發送的信息或者由移動功能裝置10的通訊單元12的通訊元件32發送的命令。外部單元14的通訊單元44也可以包括正好一個接收元件。但是，外部單元14的通訊單元44也可以具有多於一個的接收元件。移動功能裝置10的通訊單元12與傳感器單元16電連接。通訊單元12的通訊元件32設置用於，根據由至少一個傳感器單元16檢測的使用者特徵值和/或環境特徵值發送信息或命令。

移動功能裝置10還包括至少一個固定單元22，具有至少一個固定元件24，所述固定元件設置用於在使用者的身體上的布置。固定單元22具有正好一個固定元件24。但是也可以設想不同數量的固定元件24。固定元件24構造為臂帶。但是也可以設想其它的、技術人員視為有意義的固定元件24構型，例如作為腳踝帶或作為胸帶。固定元件24設置用於固定在使用者的手關節上。固定元件24彈性地構造。

移動功能裝置10還具有至少一個能量收集單元18，用於將至少一個能量形式轉換成電能，用於至少給至少一個通訊單元12和/或至少一個傳感器單元16提供能量。移動功能裝置10具有正好一個能量收集單元18。但是也可以設想多個能量收集單元18。能量收集單元18設置用於將在在移動功能裝置10的使用狀態中呈現的至少一個能量形式轉換成電能。能量收集單元18包括至少一個壓電元件20，用於將運動能量轉換成電能。能量收集單元18包括至少一個壓電元件20，用於將通過使用者脈搏產生的運動能量轉換成電能。能量收集單元18包括正好一個壓電元件20。但是能量收集單元18也可以包括多個壓電元件20。壓電元件20由氮化鋁構成。壓電元件20由多個氮化鋁晶體組成。壓電元件20設置用於通過頂壓和延伸壓電元件20產生電能。壓電元件20設置用於將通過使用者脈搏產生的運動能量轉換成電能。壓電元件20這樣定位，使它貼靠在使用者手腕關節上並且使用者的脈搏運動可以傳遞到壓電元件20上。脈搏的運動壓縮壓電元件20，由此將運動轉換成電能。替代或附加地也可以設想，壓電元件20構造為彎曲杆，它在移動功能裝置10的一個使用狀態中彎曲，和/或可以設想設有質量元件，它在一個使用狀態中被加速並撞到壓電元件20上。

能量收集單元18附加地具有至少一個壓電元件20』，用於將至少一個通過固定元件24變形產生的力轉換成電能。能量收集單元18包括正好一個壓電元件20』，用於將通過固定元件24變形產生的力轉換成電能。但是能量收集單元18也可以包括多個壓電元件20』，用於將通過固定元件24變形產生的力轉換成電能。壓電元件20』由氮化鋁形成。壓電元件20』由多個氮化鋁晶體組成。壓電元件20』設置用於通過頂壓和通過拉伸壓電元件20』產生電能。用於轉換通過固定元件24變形產生的力的壓電元件20』也可以替代壓電元件20用於將通過使用者脈搏產生的運動能轉換成電能。在移動功能裝置10的一個使用狀態中使用者運動手臂，在所述手臂上布置移動功能裝置10，由此使由彈性帶形成的固定元件24伸展並又卸載。固定元件24的這種運動也作用於壓電元件20』上，並因此可以轉換成電能。

能量收集單元18還具有至少一個珀耳帖元件(Peltierelement)26，用於將在使用者皮膚表面溫度與環境溫度之間的溫度差轉換成電能。能量收集單元18具有正好一個珀耳帖元件26。但是能量收集單元18也可以包括多個珀耳帖元件26。珀耳帖元件設置用於將在用者皮膚表面與環境之間存在的溫度差轉換成電能。

能量收集單元18還包括至少一個無線電波元件28，用於將無線電波的輻射能轉換成電能。能量收集單元18具有正好一個無線電波元件28。但是能量收集單元18也可以包括多個無線電波元件28。無線電波元件28設置用於，接收來自移動功能裝置10周圍的無線電波並能量地利用並轉換成電能。無線電波元件28構造為無源的RFID元件。但是也可以設想其它的、技術人員視為有意義的無線電波元件28的構型。

能量收集單元18還包括至少一個光伏元件46，用於將光轉換成電能。能量收集單元18具有正好一個光伏元件46。但是能量收集單元18也可以包括多個光伏元件46。光伏元件46由太陽能面板形成。但是也可以設想其它的、技術人員視為有意義的光伏元件46的構型。

能量收集單元18還包括至少一個發電機元件48，用於將移動功能裝置10在一個使用狀態中的運動轉換成電能。能量收集單元18具有正好一個發電機元件48。但是能量收集單元18也可以包括多個發電機元件48。發電機元件48包括由導電材料製成的線圈、相對於線圈可旋轉支承的磁鐵和質量元件，所述質量元件與磁鐵偏心地連接並且因此形成不平衡。通過在一個使用狀態中通過使用者傳遞到移動功能裝置10上的運動，形成不平衡的質量元件使磁鐵加速。通過磁鐵相對於線圈的運動在發電機元件48中感應電壓。替代或附加地也可以設想，發電機元件48包括線圈和相對於線圈能線性移動地被支承的磁鐵，並因此構造為線性發電機。但是也可以設想其它的、技術人員視為有意義的構型。

能量收集單元18具有發電機元件48、光伏元件46、無線電波元件28、珀耳帖元件26、用於將通過固定元件24變形產生的力轉換成電能的壓電元件20』和用於將通過使用者脈搏產生的運動能轉換成電能的壓電元件20，這些元件組合地設置。發電機元件48、光伏元件46、無線電波元件28、珀耳帖元件26和壓電元件20,20』電連接並且並聯。發電機元件48、光伏元件46、無線電波元件28、珀耳帖元件26和壓電元件20,20』設置用於至少部分同時地或者時間上重疊地產生電能。由此可產生儘可能大量的電能並且儘可能好地利用來自移動功能裝置周圍的能量。但是也可以設想任意的、技術人員視為有意義的組合或者也使用所述元件中的單個元件，用於能量收集單元18的構型。

移動功能裝置10還具有電子單元50，所述電子單元用於處理通過能量收集單元18產生的電能(圖3)。電子單元50包括：至少一個整流器52，用於由能量收集單元18產生的電壓的整流；至少一個變壓器54，用於將由能量收集單元18產生的電壓變壓到更高的電壓水平；至少一個蓄能器56，用於中間儲存由能量收集單元18產生的電壓；以及至少一個微控制器58(μc)，用於管理和控制電能。電子單元50包括整流器52、變壓器54、蓄能器56和微控制器58(μc)。變壓器54構造為升壓或降壓變換器。能量收集單元18與電子單元50電連接。

移動功能裝置10還具有至少一個能量傳遞單元30，用於將利用能量收集單元18產生的電能傳遞到外部單元14上。移動功能裝置10具有正好一個能量傳遞單元30。但是，移動功能裝置10也可以包括多於一個的能量傳遞單元30。外部單元14包括對應的能量傳遞單元36。移動功能裝置10的能量傳遞單元30用於無線地傳遞電能。移動功能裝置10的能量傳遞單元30設置用於通過感應傳遞電能。移動功能裝置10的能量傳遞單元30設置用於，當能量收集單元18產生比用於移動功能裝置10運行所需更多的電能時，傳遞電能到外部單元14上。傳遞到外部單元14上的電能用於外部單元14的功能單元、例如傳感器和/或通訊單元的能量供應。但是也可以設想，傳遞的電能替代或附加地用於對外部單元14的蓄電池組充電。移動功能裝置10的能量傳遞元30和外部單元14的能量傳遞單元36設置用於雙向傳遞電能。如果利用移動功能裝置10的能量收集單元18產生的電能不足以運行移動功能裝置10，則利用外部單元14的能量傳遞單元36從外部單元14的電源傳遞電能到移動功能裝置10上。

在圖4中示出具有移動功能裝置10和外部單元14的系統，該移動功能裝置包括能量傳遞單元30，該外部單元包括對應的能量傳遞單36。能量傳遞單元30,36設置用於在外部單元14與移動功能裝置10之間傳遞電能。外部單元14由手持式工具機形成。外部單元14由角磨機(Winkelschleifer)形成。但是也可以設想其它的、技術人員視為有意義的外部單元14的構型，例如具有進入授權裝置的門、花園設備、其它形式的手持式工具機34、智慧型手機或平板、尤其是在居室和/或工作室中的基礎設施元件或者使用者保護裝備，如夾克、盔帽、褲子、背心、手套、工作靴或者保護眼鏡。

在圖5中示出本發明的另一實施例。下面的描述和顯示基本限制於實施例之間的差別，其中在相同標識的構件方面、尤其在具有相同附圖標記的構件方面原則上也可以參照其它實施例、尤其附圖1至4的附圖和/或描述。為了實施例的區別，在圖5中的實施例的附圖標記後置字母a至f。

在圖5中示出多個替代構型的、不同工作服部件形式的移動功能裝置10a,10b,10c,10d,10e,10f。分別形成移動功能裝置10a,10b,10c,10d,10e,10f的不同工作服部件一起形成用於使用者的個人保護裝備。工作服部件由夾克、褲子、手套、安全靴、腰帶和盔帽形成。但是也可以設想其它的、技術人員視為有意義的構型，例如保護背心、帽子、頭罩、護胸甲。移動功能裝置10a,10b,10c,10d,10e,10f分別具有至少一個能量收集單元18a,18b,18c,18d,18e,18f，用於轉換至少一個能量形式成電能，用於給至少一個在此未示出的通訊單元和/或至少一個在此未示出的傳感器單元提供能量。在夾克、褲子、手套、安全靴、腰帶和盔帽中分別集成有能量收集單元18a,18b,18c,18d,18e,18f。能量收集單元18a,18b,18c,18d,18e,18f對應於上述的能量收集單元18。由不同的工作服部件形成的移動功能裝置10a,10b,10c,10d,10e,10f的、在此未示出的通訊單元設置用於相互間通訊和/或用於與至少一個手持式工具機通訊。

在圖6中示出一種用於運行所述系統的方法的流程圖。為了簡化，利用圖1至4的移動功能裝置描述本方法。但是所述的方法同樣可以應用於圖5中替代構型的移動功能裝置。本方法具有方法步驟60，其中，來自移動功能裝置10周圍的至少一個能量形式利用能量收集單元18轉換成電能。能量收集單元18將至少一個能量形式在方法步驟60中以上述方式轉換成電能。該方法具有另一方法步驟62，其中，利用電子單元50處理電能。在方法步驟62中，利用能量收集單元18產生的電能被整流和變壓。本方法具有另一方法步驟64，其中，電能被使用。電能在方法步驟64中用於給傳感器單元16和通訊單元12提供能量。本方法還具有方法步驟38，其中，利用能量收集單元18產生的電能從移動的功能能裝置10至少部分地傳遞到外部單元14上。在方法步驟38中，利用能量收集單元18產生的電能的一部分從移動功能裝置10傳遞到外部單元14上。但是也可以設想，電能在方法步驟38中完全從移動功能裝置10傳遞到外部單元14上。在方法步驟38中電能無線地從移動功能裝置10傳遞到外部單元14上。本方法還具有方法步驟40，其中，電能從外部單元14至少部分地傳遞到移動功能裝置10上。外部單元14同樣可以包括設置用於產生電能的能量收集單元。在方法步驟40中，電能的一部分從外部單元14傳遞到移動功能裝置10上。但是也可以設想，電能在方法步驟40中完全從外部單元14傳遞到移動功能裝置10上。在方法步驟40中，電能無線地從外部單元14傳遞到移動功能裝置10上。