CN109922687A - 电池操作的吹风机 - Google Patents

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Abstract

一种电池操作的吹风机，包括可再充电的电池组，该可再充电的电池组电连接到风扇和加热元件。电池操作的吹风机还包括电池管理和控制模块，以控制如何有效地干燥用户的头发，同时管理电池的完好性和电荷的状态。

Description

电池操作的吹风机
相关申请的交叉引用
本申请以2017年11月10日提交的美国临时专利申请第62/584,528号为基础，并要求该临时专利申请的优先权，该临时专利申请为了所有目通过引用以其整体并入本文。
发明领域
本发明通常涉及电动手持吹风机的领域，尤其涉及电池操作的手持吹风机(battery operated handheld hair dryer)。
背景
一般来说，吹风机，也被称为“风干机”是众所周知的。典型的手持吹风机将环境空气或加热的空气吹在湿头发上，以加速水颗粒的蒸发，从而使头发比其自行干燥干燥得更快。典型的吹风机由来自电网的电来供电，也就是说，它们几乎总是插到墙上的插座中以获取电力。典型的吹风机包括两个关键部件：风扇和风扇下游的加热元件，当空气被风扇吹过时，加热元件选择性地加热空气。第一台手持式家用吹风机是在20世纪的上半叶引入的，且在近100年里仅有轻微变化。
吹风机的性能可以用许多不同的方法来测量，但是最常见的测量方法包括空气流速、空气离开吹风机时的速度、以及空气温度相对于周围空气温度增加了多少。
现有的吹风机包括风扇和至少一个电加热线圈。电加热线圈通过电阻加热过程产生热。流过加热元件的电流被导线(wire)的线圈阻挡，这导致产生热。电阻加热元件通常由可以是直的、盘绕的或形成任何其他合适形状的导线或带(ribbon)制成。电阻加热元件需要大量电流来产生足以干燥头发的热。因此，使用电阻加热元件的吹风机历来不太适合由电池供电。
典型的吹风机还包括允许用户控制吹风机基本功能的开关。例如，典型的吹风机可以包括用于加热的“高”、“低”和“关”设置，以及用于风扇的“高”和“低”设置。前面提到的基本设置对于从电网中吸取电力的吹风机来说是足够的，并且到目前为止，从保持电池电荷的角度来看，很少有动力来更好地优化吹风机的性能。
迄今为止，能够在足够长的时间内产生足够的功率(电压×电流)以实现可靠的头发干燥性能的电池一直是非常笨重、庞大和昂贵的。与此同时，现有的吹风机虽然重量轻，但却受到电源插座的束缚。此外，想要弄干头发的用户必须不断地绕着他们的头部移动吹风机，而且电源线经常是个麻烦。
因此，需要一种电池操作的吹风机，其包括电池管理***，以允许吹风机有效地干燥头发，同时以重量轻、价格便宜的包装保持最大电池电荷。
概述
本发明涉及一种电池操作的吹风机。吹风机具有容纳吹风机的所有部件的壳体。包括至少一个电池单元的电池组被包括在壳体中，并且被电连接到电池管理和控制模块。吹风机还包括至少一个开关来控制吹风机的操作。加热组件设置在壳体内，并且包括附接到电动马达的风扇。加热组件还包括至少一个加热元件。马达由来自电池组的电流驱动，并转动风扇，风扇将环境空气吸入入口中，并将空气通过出口排出。加热元件被定位成使得通过加热组件的空气可以被加热到高于环境空气温度的温度。电池管理和控制模块电连接到加热组件，并调节从电池组传送到风扇和加热元件的电流的量，使得吹风机的干燥性能得以优化，同时保持电池组的电荷和完好性。
本领域技术人员将理解，本发明的一个或更多个方面可以满足某些目标，而一个或更多个其他方面可以导致某些其他目标。本发明的其他目的、特征、益处和优点将在所公开的实施方案的概述和描述中变得明显，并且对于本领域技术人员来说将是明显的。结合附图和从中得出的所有合理推论，上面的这些目的、特征、益处和优点将是明显的。
附图简述
图1是根据本发明的电池操作的吹风机的一个实施方案的透视图；
图2是图1的电池操作的吹风机的侧视图；
图3是图1的电池操作的吹风机的分解透视图。
图4是图1的电池操作的吹风机的正视图；
图5是大致沿着图4中的线5-5截取的电池操作的吹风机的剖面图；
图6是大致沿着图5中的线6-6截取的详细视图，其示出了灯环和出口格栅；
图7是根据本发明的加热组件的一个实施方案的透视图；
图8是图6的加热组件的另一个透视图；
图9是图6的加热组件的分解透视图；
图10是图6的加热组件的透视图，其中管道被移除，使得加热线圈可见；
图11是图6的加热组件的另一透视图，其中管道被移除，使得加热线圈可见；
图12是根据本发明的电池组的一个实施方案的透视图；
图13是是图11的电池组的另一透视图；
图14是根据本发明的电池单元、电池管理模块和开关模块的一个实施方案的透视图；
图15是根据本发明的电池操作的吹风机的一个实施方案的正视图；
图16是大致沿图15中的线16-16截取的图15的电池操作的吹风机的剖面侧视图；
图17是用于图14的电池操作的吹风机的加热模块的一个实施方案的透视图；和
图18是是图15的加热模块的另一个透视图。
详述
现在参考附图，本发明提供了一种电池操作的吹风机10。吹风机10包括封闭吹风机的所有部件的主壳体20。图1-2示出了搁置在可选的存储支架12中的吹风机10，当吹风机不使用时，存储支架12为吹风机提供支撑，允许吹风机占据最小量的柜台空间。在一些实施方案中，当吹风机存储在存储支架中时，存储支架12还可以向吹风机10提供电力。
吹风机10包括封闭在主壳体20中的使吹风机能够工作的三个子***：(1)电池组16；(2)电池管理和控制模块40；和(3)加热组件50。如图3的分解图中所示，主壳体20限定了封闭吹风机10的所有部件的外壳。通常，电池组16位于主壳体20的底部区段32中。在所示实施方案中，电池组16的一部分还位于中间区段42中，该中间区段42还包括控制开关44和电池指示器38。加热组件50位于主壳体20的顶部区段52中。加热组件50包括至少一个加热元件54、至少一个风扇56以及将在下面详细描述的其他部件。在所示实施方案中，电池管理和控制模块40大体上设置在顶部区段52和中间区段42之间。在所示实施方案中，电池管理和控制模块40包括印刷电路板，该印刷电路板在顶部区段52和中间区段42之间形成物理屏障。尽管在本实施方案中，电池管理和控制模块40在顶部区段52和中间区段42之间形成屏障，但是可以替代地使用将顶部区段和中间区段分开的其他手段，而不脱离本发明。在一些实施方案中，还可能希望引导空气通过中间区段42和底部区段32，以改善电池性能或用于任何其他目的。
继续图3，主壳体20包括基座22、出口25(见图1)、出口盖24、灯环26、出口格栅28、保持环30和后盖33。还示出了可选的握持部34，其可以包覆成型(overmold)到后盖33上或者以其他方式附接到后盖。在所示的实施方案中，握持部34由硅树脂制成，但是可以使用任何合适的材料，而不脱离本发明。握持部34提供了防滑表面，其帮助使用者牢固地抓握到吹风机10上，特别是用湿手。柔性开关盖36也附接到后盖33。在所示的实施方案中，开关盖36由一体的柔性材料件制成。可选择的实施方案可以包括不同的开关盖或开关构造，而不脱离本发明。在所示实施方案中，电池指示器38位于柔性开关盖36下方(见图14)。当然，电池指示器38可以位于任何其他合适的位置处，而不脱离本发明。电池指示器38显示电池组16的电荷水平。电池指示器38可以以任何合适的方式显示电荷，而不脱离本发明。例如，在一些实施方案中，电池指示器38可以根据电池是否正在充电或者电池电荷是否低而变换颜色。在其他实施方案中，电池指示器38可以包括多个LED，这些LED根据电荷水平选择性地照亮。
现在转向图4-5，示出了电池操作的吹风机10的内部部件的包装。如所示出的，加热组件50被包括在顶部区段52内。电池组16的一部分和控制开关44包括在中间区段42中。电池管理和控制模块40被包括在顶部区段52和中间区段42之间。最后，电池组16的一部分还被包括在底部区段32中。
图6是示出灯环26相对于出口25和保持环30的定位的详细剖面图。在所示的实施方案中，保持环30卡扣配合到出口25上，但是可以使用任何合适的附接手段，而不脱离本发明。灯环26包括围绕环分布的多个发光二极管(LED)25。灯环26可以在电池操作的吹风机工作时或者在任何其他期望的时间选择性地照亮。在一些实施方案中，LED 25可以能够产生多种期望的颜色，并且还可以能够以任何期望的构造选择性地闪烁或以其他方式照亮。在优选实施方案中，当吹风机10在操作中并在加热空气时，灯环26可以以红色照亮。
现在转向图7-11，示出了加热组件50的一个实施方案。加热组件50包括加热元件54、风扇56、风扇壳体58、管道60、管道支撑导向件62、进口64和马达66。加热组件50设置在主壳体20的顶部区段52内。在所示的实施方案中，加热元件54是电阻加热线圈，但是可以使用任何合适的加热元件，而不脱离本发明。马达66是无刷三相马达，这是一种非常节能的马达，与其他马达相比，具有减小的振动，并且马达的速度可以在0-100％之间精确调节，以根据需要优化性能和能量消耗。
当空气移动通过风扇56时，风扇在空气流中产生漩涡(也称为涡流)。漩涡不改善风扇56的性能，但是漩涡消耗能量。那么，期望的是，在空气通过风扇56后使空气去漩涡(de-swirl)，因为这样做提高了风扇的效率。为了使流去漩涡，在风扇壳体58和管道60中包括多个定子叶片57。定子叶片57引导从风扇56出来的空气并且将其朝向加热元件54引导。除了定子叶片57之外，管道60还包括管道支撑导向件62，管道支撑导向件62进一步防止空气通过管道60形成漩涡。在一些实施方案中，可能期望仅具有定子叶片57而没有管道支撑导向件62，或反之亦然。此外，可选择的实施方案可以取消定子叶片57和管道支撑导向件62而不脱离本发明。
在所示实施方案中，电池管理和控制模块40位于电池组16和加热组件50之间。电池管理和控制模块40包括至少一个微处理器46和存储设备48。电池管理和控制模块40包括电池管理***68(BMS)，电池管理***68平衡电池单元18之间的电压并控制电池组16的充电和放电。此外，BMS 68连续测量每个电池单元18的电压。为了实现期望的平衡，BMS 68通过贯穿电池组16战略性地放置的多个温度传感器70来监控每个电池单元18的温度。BMS 68获取由温度传感器70提供的温度信息，并结合来自每个电池单元的电压测量，确定电池组16在电荷状态和完好状态方面的状况。电荷状态以百分比的形式测量，从零到100％，而完好状态测量电池组16相对于其寿命开始状况具有的可恢复容量的量。本领域众所周知，电池维持电荷的能力随着时间而退化。BMS 68分析电荷状态和完好状态信息，然后决定在任何给定时间可以放电或充电多少安全可允许的电流，以确保电池组16保持在其退化极限和/或预期使用寿命内。
如果电池单元18之间的电压变化，BMS通过控制任何给定电池单元上的放电路径以释放额外的电荷来执行平衡功能。通过持续执行上述平衡功能，BMS 68确保在电池组16的整个寿命期间电池单元18保持平衡。
除了如上所述平衡电池单元18之外，BMS 68还控制电池组16的充电和放电，使得电池组16的充电和放电以受控且安全的方式完成。对电池组16以及类似电池进行充电和放电存在许多安全问题。例如，电池组16的不受控制的充电可能导致一个或更多个电池单元18中的过电压状况，在极端情况下，这可能导致过热或着火。在该方面的相对端，电池组16的不受控制的放电也是有问题的。电池组16的不受控制的放电可能导致欠压状况，这本身并不危险。然而，如果用户随后试图给欠压电池单元18充电，则其可能导致电池组18过早退化、过热或着火。为了防止这些不安全的状况，BMS 68连续监控电池单元18中的电压，并且包括对于电池单元18和电池组16中的过电压和欠电压状况的电压截止。
在吹风机10的一些实施方案中，BMS 68“获知”电池组16中存在多少能量，并且可以调整和修改吹风机的加热和吹风轮廓，以确保吹风机在给定电池组中存在的电荷的量的情况下最佳地运行。当然，BMS 68可以以任何其他期望的方式调节吹风机10的性能，而不脱离本发明。
图12和13更详细地示出了电池组16。在所示实施方案中，电池组16是可充电锂离子电池，包括八(8)个单独的电池单元18。电池组16电连接到电池管理和控制模块40，电池管理和控制模块40控制从电池组16吸取多少电力以及对电池组充多少电。当然，电池组16的可选择的实施方案可以包括处于任何合适构造中的或多或少的电池单元18，并且也可以使用任何合适的电池类型，而不脱离本发明。
每个电池单元18包括从每个电池单元的一端延伸的两个端子19。在所示实施方案中，端子19延伸穿过端子合并板74中的端子槽72。在所示的实施方案中，端子合并板74是印刷电路板，但是可以使用任何合适的基板而不脱离本发明。端子19与端子槽72电接触，端子槽72允许端子19由于电池组电池18的任何膨胀或收缩而移动。端子合并板74将电池单元18电组合成电池组16中，这最小化了电池组16和BMS 68之间的必要连接。在所示实施方案中，电池组16包括彼此电连接的两个端子合并板74、75。在所示实施方案中，电池组16电连接到BMS 68。最后，电池组16还包括充电端口76，用户可以根据需要将充电电缆78***充电端口76中以给电池组充电。充电端口76可以是任何合适的端口，包括但不限于USB端口。
在可选择的实施方案中，电池组16可以能够无线充电或感应充电，从而不需要充电端口76。在又一个可选择的实施方案中，电池操作的吹风机可以包括至少一个太阳能电池，该至少一个太阳能电池将使用太阳能给电池组16充电。如果吹风机10在无法获得充电源的地方(例如营地)使用，则太阳能充电将是特别有利的。在这样的可选择的实施方案中，也可以成为可能的是，使用电池组16以类似于本领域公知的其他辅助电池组的方式为诸如用户手机的其他设备提供电力。
除了平衡电池单元18的电荷之外，电池管理和控制模块40还可以以多种方式优化电池操作的吹风机10的性能。电池管理和控制模块40具有以任何期望的方式控制风扇速度和加热输出的能力。最重要的是，电池管理和控制模块40优化吹风机10的性能，使得用户将对吹风机的性能感到满意。在一个期望的干燥曲线中，热的施加在干燥周期开始时是最高的，因为此时头发通常是最湿的。随着干燥周期的继续，热输出可以减少而不会降低性能，因为头发不会那么湿，并且因为降低温度将避免损坏头发。附加的干燥曲线可以存储在存储设备48上。这种额外的干燥曲线可以预先装载到存储设备48上，可以由电池管理和控制模块40通过分析用户如何使用吹风机10来“学习”，可以由用户编程，或者可以通过任何其他期望的手段来创建，而不脱离本发明。
电池管理和控制模块40是能够使用电池给吹风机供电的必要部件。因此，智能控制模块的出现为可以对吹风机做什么提供了可能。在电池操作的吹风机10的一些实施方案中，例如，温度传感器80(见图3和图5)可以被包括在进口64附近和出口25附近。温度传感器80将测量房间内的环境温度，并且能够将该数据与离开吹风机10的空气的温度进行比较。根据进口64和出口25处的空气温度差，电池管理和控制模块40可以优化通过加热元件54的电流的量，或者可以根据需要调节风扇56的速度。
电池操作的吹风机10可以包括附加的环境传感器，包括但不限于湿度传感器、测量头发或皮肤温度的红外温度计或任何其他期望的传感器。此外，吹风机10中可以包括附加部件，并且附加部件连接到电池管理和控制模块40。例如，可以在出口25附近包括摄像机，摄像机将允许电池管理和控制模块40分析和学***板电脑的互联网连接设备的其他装置。一旦吹风机10连接到互联网或智能手机、平板电脑或其他设备，电池管理和控制模块40可以基于任何数量的外部因素来控制吹风机。极端地讲，吹风机10可以基于一天中的时间、位置、当地天气等来优化性能。此外，如果用户家中有连接的设备，例如恒温器，吹风机10可以从恒温器获得温度和/或湿度数据，以确定干燥用户头发的最佳风扇速度和温度。
在电池操作的吹风机10的一些实施方案中，麦克风和扬声器可以包括在壳体20中。麦克风和扬声器可以用于任何目的，包括但不限于产生声音以主动消除吹风机10产生的噪声。为了消除吹风机10产生的噪声，麦克风拾取吹风机产生的噪声。接下来，电池管理和控制模块40产生与吹风机产生的噪声异相(out of phase)180°的噪声消除波。噪声消除波有效地消除了吹风机10的噪声，极大地改善了用户体验。除了使用扬声器来产生噪声消除波之外，扬声器还可以用来播放音乐或发出任何其他期望的声音。
现在转向图15-18，示出了根据本发明的电池操作的吹风机200的可选择的实施方案。电池操作的吹风机200在许多方面类似于前述实施方案，除了电池操作的吹风机200包括加热组件210，该加热组件210使用至少一个珀尔帖设备212而不是电阻加热器来加热空气。珀尔帖设备(Peltier devices)，也称为热电发生器，在本领域是众所周知的。珀尔帖设备包括交替的n型和p型半导体的阵列。元件阵列电串联和热并联地焊接在两个陶瓷板之间。当电流通过从n型到p型的一对或更多对元件时，接合处(冷侧)的温度会降低，导致从环境中吸收热。这种热通过电子传输沿着这些元件被运载，并且当电子从高能态移动到低能态时，热在相反的(“热”)侧被释放。典型的单级珀尔帖设备能够在热侧和冷侧之间产生大约70摄氏度(158华氏度)的温差。
在图15-18所示的实施方案中，珀尔帖设备212各自具有热侧214和冷侧216。多个散热器218热连接到珀尔帖设备212。加热组件210的上游是附接到风扇221的马达220，风扇221将空气在加热组件上方吹动并吹过加热组件。紧邻加热组件210的下游，出口管道222成漏斗形地向出口格栅28输送已经穿过加热组件210的加热空气并将其从出口格栅28排出。在加热组件210周围经过的空气在其流经散热器218时被冷却。冷空气不可以通过出口格栅28离开吹风机200，因为出口格栅28被出口管道222堵塞。相反，冷空气被引导在别处，并且可以被朝向电池组16引导以帮助冷却电池组。当然，可以使用珀尔帖设备和散热器的可选择的构造而不脱离本发明。

Claims (19)

1.一种吹风机，包括：
壳体；
电池组，其包括至少一个电池单元，所述电池组设置在所述壳体内；
所述电池组电连接到电池管理和控制模块；
至少一个开关，其控制所述吹风机的操作；
加热组件，其设置在所述壳体内，所述加热组件包括附接到马达的风扇，和至少一个加热元件，其中所述马达转动所述风扇，所述风扇将环境空气吸入入口中并通过出口排出空气；
所述加热元件定位成使得通过所述加热组件的空气能够被加热到高于环境空气温度的温度；并且
所述电池管理和控制模块电连接到所述至少一个风扇和所述至少一个加热元件，其中所述电池管理和控制模块调节从所述电池组传送到所述风扇和所述加热元件的电流，以优化所述吹风机的干燥性能和所述电池组的性能。
2.根据权利要求1所述的吹风机，其中，所述电池组包括多个电池单元。
3.根据权利要求2所述的吹风机，其中，所述电池管理和控制模块平衡所述多个电池单元之间的电荷。
4.根据权利要求1所述的吹风机，其中，所述加热元件是电阻加热线圈。
5.根据权利要求1所述的吹风机，其中，所述马达是无刷三相电动马达。
6.根据权利要求1所述的吹风机，其中，所述加热组件还包括位于所述风扇附近的多个定子叶片，所述多个定子叶片使经过所述加热组件的空气流变直。
7.根据权利要求1所述的吹风机，其中，所述电池管理和控制模块被容纳在印刷电路板上，所述印刷电路板位于该壳体内，使得所述印刷电路板将所述加热组件与所述电池组分离。
8.根据权利要求1所述的吹风机，其中，所述电池单元是锂离子电池单元。
9.根据权利要求1所述的吹风机，还包括显示所述电池组的电荷状态的电池指示器。
10.根据权利要求1所述的吹风机，还包括位于所述出口附近的灯环，其中所述灯环包括至少一个LED。
11.根据权利要求1所述的吹风机，还包括多个温度传感器，所述多个温度传感器贯穿所述电池组定位，使得对于每个电池单元的温度数据被测量并输入到所述电池管理和控制模块中。
12.根据权利要求11所述的吹风机，其中，所述电池管理和控制模块基于所述电池单元的温度调节风扇速度和供应给所述加热元件的电流的量。
13.根据权利要求11所述的吹风机，其中，所述电池管理和控制模块基于所述电池单元的温度来平衡所述电池单元的电荷。
14.根据权利要求1所述的吹风机，其中，所述电池管理和控制模块测量所述电池组的电荷状态。
15.根据权利要求1所述的吹风机，其中，所述电池管理和控制模块测量所述电池组的完好性。
16.根据权利要求1所述的吹风机，其中，每个电池单元包括两个端子。
17.根据权利要求16所述的吹风机，其中，每个端子电连接到端子合并板。
18.根据权利要求17所述的吹风机，其中，所述每个端子延伸穿过端子合并板上的对应的槽。
19.根据权利要求18所述的吹风机，其中，所述端子合并板电连接到所述电池管理和控制模块。
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