本发明建议一种移动功能装置,具有供给电能的蓄电池或者说电池。
技术实现要素:
本发明源自一种移动功能装置,尤其是移动的、能布置在使用者身体部分上的功能装置,所述移动功能装置具有至少一个通讯单元,用于与至少一个外部单元通讯,和/或所述移动功能装置具有至少一个传感器单元,用于检测至少一个使用者特征值和/或环境特征值。
在此建议,所述移动功能装置具有至少一个能量收集单元,用于将至少一个能量形式转换成电能,用于至少给所述至少一个通讯单元和/或所述至少一个传感器单元提供能量。优选附加于蓄电池或电池设有所述至少一个能量收集单元。由此可以实现有利的长的使用持续时间并由此实现移动功能装置的优选的高的操纵舒适性。也可以设想,替代于蓄电池或者电池设有所述至少一个能量收集单元,并且代替蓄电池或电池。由此可以实现有利的环境友好的移动功能装置的构型,尤其在移动功能装置的使用或寿命持续时间结束时的废物处理方面。此外,通过按照本发明的构型可以实现优选环境有利的且持久的能量供给,用于运行移动功能装置,并且特别有利地实现自给自足的、独立于外部电源的移动功能装置的运行。
“移动功能装置”在这种情况下尤其理解为一个装置,所述装置设置用于在运行时由使用者携带。在此携带不仅可直接地、例如尤其在使用者的手中实现、或者可间接地、例如尤其通过由使用者穿戴的衣物和/或通过由使用者把持的设备实现。移动功能装置优选由智能带形成。但是也可以设想,移动功能装置构造为可佩戴计算机、尤其至少构造为智能手表的一部分。“设置”尤其要理解为专门编程、设计和/或构型。物体设置用于确定的功能尤其要理解为,该物体在至少一个应用和/或运行状态中满足和/或执行所述确定的功能。
所述至少一个通讯单元为了与外部单元通讯优选具有至少一个接口,用于尤其双向地交换数据。可以设想不同的、技术人员视为有意义的通讯单元的构型,但是尤其是无线通讯,例如通过蓝牙、尤其按照标准4.0Low Energy,WLAN,尤其按照标准801.11n,Zigbee,NFC,RFID,GSM,LTE或者UMTS。但是替代或附加地也可以设想,至少一个通讯单元的线连接地通讯,例如通过USB接头。至少一个通讯单元优选还可以用于进入授权装置、尤其是对于至少一个空间,对于机器授权、对于云连接和/或对于其它的、技术人员视为有意义的功能。所述外部单元可至少部分地由手持式工具机、保护装备、尤其是使用者的个人保护装备(PSA)、具有进入授权装置的门、花园设备、智能手机或者平板、尤其在居室和/或工作室中的基础设施元件形成。但是也可以设想其它的、技术人员视为有意义的外部单元的构型。所述外部单元优选可以至少部分地与移动功能装置无关地且分开地运行和使用。
所述至少一个传感器单元例如设置用于检测使用者的生命数据、尤其是体温、脉搏、氧饱和、血压、呼吸频率、血糖值和/或其它的、技术人员视为有意义的身体功能、检测振动、检测环境温度、检测使用或工作持续时间和/或用于识别气体或污染物质。替代或附加地也可以设想其它的、技术人员视为有意义的特征值。优选地,所述至少一个传感器单元布置在使用者的肢体上、例如尤其手臂上。
所述至少一个能量收集单元优选用于利用来自移动功能装置周围的能量。至少一个能量收集单元将至少一个能量形式的至少一个部分转换成电能。至少一个能量收集单元优选设置用于,至少在移动功能装置的一个使用状态中提供至少一个部分电能,所述至少一部分电能对于运行所述至少一个通讯单元和/或所述至少一个传感器单元是必需的。至少一个能量收集单元可以将其转换成电能的至少一个能量形式有利地由使用者体热或者说与环境的温度差、由使用者的运动、尤其通过操作者手关节上的脉搏和/或通过在工作时的振动、由光线或太阳射线、由来自环境的无线电波和/或其它的、技术人员视为有意义的方式形成。
此外建议,所述至少一个能量收集单元包括至少一个压电元件,用于将通过使用者的脉动产生的运动能转换成电能。由此可以有利地简单地将尤其运动能和/或冲击脉冲转换成电能以及实现至少一个能量收集单元的优选紧凑构型。“压电元件”在这种情况下尤其理解为一元件、尤其是固体,其中该元件按照压电效应具有电极变化和由此具有电压变化作为对于弹性变形的反应。至少一个压电元件优选至少部分地由氮化铝(AlN)和/或锆钛酸铅(PZT)形成。
此外建议,所述移动功能装置包括至少一个固定单元,具有至少一个固定元件,所述固定元件设置用于布置在使用者的身体部分上,其中,所述至少一个能量收集单元包括至少一个压电元件,用于将至少一个通过固定元件变形产生的力转换成电能。由此可以通过至少一个能量收集单元实现优选高效地转换成电能。“压电元件”在这种情况下尤其要理解为一元件、尤其是固体,其中该元件按照压电效应具有电极变化和由此具有电压变化作为对于弹性变形的反应。至少一个压电元件优选至少部分地由氮化铝(AlN)和/或锆钛酸铅(PZT)形成。至少一个压电元件优选用于利用在固定元件中的在使用状态中的拉力和压力。至少一个固定元件优选至少部分弹性地构造。至少一个固定元件有利地作为臂带、脚踝带、护胸甲和/或以其它的、技术人员视为有意义的方式构造。
此外建议,所述至少一个能量收集单元包括至少一个珀耳帖元件,用于将在使用者皮肤表面温度与环境温度之间的温度差转换成电能。由此可以有利地方便地利用使用者的体热,用于产生电能以及实现至少一个能量收集单元的优选紧凑构型。“珀耳帖元件”在这种情况下尤其理解为一元件,它构造为电热转换器并且用于以塞贝克(Seebeck)效应为基础产生电流。至少一个压电元件优选用于接触使用者皮肤表面。
此外建议,所述至少一个能量收集单元包括至少一个无线电波元件,用于将无线电波的辐射能转换成电能。由此可以实现有利的环境友好地且持久地产生电能。“无线电波”在这种情况下尤其要理解为电磁辐射的形式。所述至少一个无线电波元件优选包括至少一个天线,用于接收无线电波,尤其从至少一个无线电波元件周围接收无线电波。所述至少一个无线电波元件优选可以作为无源的RFID和/或以其它的、技术人员视为有意义的方式构造。
此外建议,所述移动功能装置包括至少一个能量传递单元,用于传递利用能量收集单元产生的电能到至少一个外部单元上。由此以优选简单的方式可以有利地高效利用由能量收集单元产生的电能。由此,利用能量收集单元产生的电能可以用于对外部单元的蓄电池充电和/或用于运行外部单元的至少一个部分。所述外部单元有利地包括至少一个对应的能量传递单元。所述能量传递单元优选用于双向能量传递。所述能量传递单元优选设置用于无线的能量传递,尤其至少部分地通过电感进行能量传递。
此外建议,所述至少一个通讯单元包括至少一个通讯元件,用于以小于1000MHz的频率通讯。由此可以实现在移动功能装置与外部单元之间的有利的节能的通讯构型。所述至少一个通讯元件优选用于以902MHz的频率、且尤其优选以315MHz的频率通讯。也可以设想其它的、技术人员视为有意义的频率。
此外建议一种系统,具有至少一个外部单元、尤其具有至少一个手持式工具机,具有至少一个移动功能装置、尤其具有至少一个所述的移动功能装置,并且具有至少一个能量传递单元,用于在至少一个外部单元与至少一个移动功能装置之间传递电能。由此可以有利地好地且高效地利用可供使用的电能。可以从移动功能装置到外部单元、从外部单元到移动功能装置或者双向地在移动功能装置与外部单元之间传递电能。所述外部单元可以包括附加的能量收集单元,用于获取可利用能量传递单元传递的电能。传递的电能可以至少部分地用于对移动功能装置的蓄电池和/或外部单元的蓄电池充电和/或用于运行移动功能装置的和/或外部单元的至少一个部分。
此外建议一种用于运行所述系统的方法,其中,在至少一个方法步骤中将利用至少一个能量收集单元产生的电能从至少一个移动功能装置至少部分地传递到至少一个外部单元上。替代或附加地建议,在至少一个方法步骤中将利用至少一个能量收集单元产生的电能从至少一个外部单元至少部分地传递到至少一个移动功能装置上。由此可以有利地好地且高效地利用可供使用的电能。
在此,按照本发明的移动功能装置不局限于上述的应用和实施方式。按照本发明的移动功能装置为了满足在此所述的作用方式尤其具有的数量可以不同于在这里列举的各元件、构件和单元的数量。
附图说明
由下面的附图说明给出其它优点。在附图中示出本发明的多个实施例。附图、描述和权利要求含有大量特征组合。技术人员也可以符合目的地单独考虑特征并且组成有意义的其它组合。
在此示出:
图1按照本发明的移动功能装置的立体图,
图2按照本发明的移动功能装置的示意剖面图,
图3按照本发明的移动功能装置的方框图,
图4一个系统,具有由手持式工具机形成的外部单元并且具有按照本发明的移动功能装置,
图5多个替代地构型的按照本发明的移动功能装置,
图6用于运行所述系统的方法的流程图。
具体实施方式
在图1和2中示出移动功能装置10。移动功能装置以能布置在使用者身体上的方式构造。移动功能装置10由智能带形成。移动功能装置10包括至少一个用于与至少一个外部单元14通讯的通讯单元12和至少一个用于检测至少一个使用者特征值和/或环境特征值的传感器单元16。移动功能装置10包括正好一个通讯单元12和正好一个传感器单元16。但是也可以设想,移动功能装置10具有多于一个的通讯单元12以及多于一个的传感器单元16。此外也可以设想,移动功能装置10包括至少一个通讯单元12或替代地至少一个传感器单元16。
传感器单元16包括至少一个传感器元件42,用于检测使用者特征值和/或环境特征值。传感器单元16包括一个用于检测使用者特征值的传感器元件42和一个用于检测环境特征值的传感器元件。也可以设想,传感器单元16具有不同数量的传感器元件42。使用者特征值构造为使用者的生命特征值,例如脉搏、心率、运动、体温和/或其它的、技术人员视为有意义的特征参数。环境特征值例如构造为环境温度、空气湿度、振动和/或其它的、技术人员视为有意义的特征参数。也可以设想任意的、技术人员视为有意义的传感器元件42组合,用于检测使用者特征值和/或环境特征值。
通讯单元12用于与由手持式工具机34形成的外部单元14通讯。通讯单元12包括至少一个通讯元件32,用于以低于1000MHz的频率通讯。通讯单元12包括正好一个通讯元件32。但是,通讯单元12可以具有多于一个的通讯元件32。通讯元件32用于以902MHz的频率通讯。也可以设想其它的、技术人员视为有意义的频率、例如315MHz。通讯元件32用于发送信息或命令。通讯元件32构造为发送元件。外部单元14包括对应的通讯单元44,具有至少一个接收元件,用于接收由移动功能装置10的通讯单元12的通讯元件32发送的信息或者由移动功能装置10的通讯单元12的通讯元件32发送的命令。外部单元14的通讯单元44也可以包括正好一个接收元件。但是,外部单元14的通讯单元44也可以具有多于一个的接收元件。移动功能装置10的通讯单元12与传感器单元16电连接。通讯单元12的通讯元件32设置用于,根据由至少一个传感器单元16检测的使用者特征值和/或环境特征值发送信息或命令。
移动功能装置10还包括至少一个固定单元22,具有至少一个固定元件24,所述固定元件设置用于在使用者的身体上的布置。固定单元22具有正好一个固定元件24。但是也可以设想不同数量的固定元件24。固定元件24构造为臂带。但是也可以设想其它的、技术人员视为有意义的固定元件24构型,例如作为脚踝带或作为胸带。固定元件24设置用于固定在使用者的手关节上。固定元件24弹性地构造。
移动功能装置10还具有至少一个能量收集单元18,用于将至少一个能量形式转换成电能,用于至少给至少一个通讯单元12和/或至少一个传感器单元16提供能量。移动功能装置10具有正好一个能量收集单元18。但是也可以设想多个能量收集单元18。能量收集单元18设置用于将在在移动功能装置10的使用状态中呈现的至少一个能量形式转换成电能。能量收集单元18包括至少一个压电元件20,用于将运动能量转换成电能。能量收集单元18包括至少一个压电元件20,用于将通过使用者脉搏产生的运动能量转换成电能。能量收集单元18包括正好一个压电元件20。但是能量收集单元18也可以包括多个压电元件20。压电元件20由氮化铝构成。压电元件20由多个氮化铝晶体组成。压电元件20设置用于通过顶压和延伸压电元件20产生电能。压电元件20设置用于将通过使用者脉搏产生的运动能量转换成电能。压电元件20这样定位,使它贴靠在使用者手腕关节上并且使用者的脉搏运动可以传递到压电元件20上。脉搏的运动压缩压电元件20,由此将运动转换成电能。替代或附加地也可以设想,压电元件20构造为弯曲杆,它在移动功能装置10的一个使用状态中弯曲,和/或可以设想设有质量元件,它在一个使用状态中被加速并撞到压电元件20上。
能量收集单元18附加地具有至少一个压电元件20’,用于将至少一个通过固定元件24变形产生的力转换成电能。能量收集单元18包括正好一个压电元件20’,用于将通过固定元件24变形产生的力转换成电能。但是能量收集单元18也可以包括多个压电元件20’,用于将通过固定元件24变形产生的力转换成电能。压电元件20’由氮化铝形成。压电元件20’由多个氮化铝晶体组成。压电元件20’设置用于通过顶压和通过拉伸压电元件20’产生电能。用于转换通过固定元件24变形产生的力的压电元件20’也可以替代压电元件20用于将通过使用者脉搏产生的运动能转换成电能。在移动功能装置10的一个使用状态中使用者运动手臂,在所述手臂上布置移动功能装置10,由此使由弹性带形成的固定元件24伸展并又卸载。固定元件24的这种运动也作用于压电元件20’上,并因此可以转换成电能。
能量收集单元18还具有至少一个珀耳帖元件(Peltierelement)26,用于将在使用者皮肤表面温度与环境温度之间的温度差转换成电能。能量收集单元18具有正好一个珀耳帖元件26。但是能量收集单元18也可以包括多个珀耳帖元件26。珀耳帖元件设置用于将在用者皮肤表面与环境之间存在的温度差转换成电能。
能量收集单元18还包括至少一个无线电波元件28,用于将无线电波的辐射能转换成电能。能量收集单元18具有正好一个无线电波元件28。但是能量收集单元18也可以包括多个无线电波元件28。无线电波元件28设置用于,接收来自移动功能装置10周围的无线电波并能量地利用并转换成电能。无线电波元件28构造为无源的RFID元件。但是也可以设想其它的、技术人员视为有意义的无线电波元件28的构型。
能量收集单元18还包括至少一个光伏元件46,用于将光转换成电能。能量收集单元18具有正好一个光伏元件46。但是能量收集单元18也可以包括多个光伏元件46。光伏元件46由太阳能面板形成。但是也可以设想其它的、技术人员视为有意义的光伏元件46的构型。
能量收集单元18还包括至少一个发电机元件48,用于将移动功能装置10在一个使用状态中的运动转换成电能。能量收集单元18具有正好一个发电机元件48。但是能量收集单元18也可以包括多个发电机元件48。发电机元件48包括由导电材料制成的线圈、相对于线圈可旋转支承的磁铁和质量元件,所述质量元件与磁铁偏心地连接并且因此形成不平衡。通过在一个使用状态中通过使用者传递到移动功能装置10上的运动,形成不平衡的质量元件使磁铁加速。通过磁铁相对于线圈的运动在发电机元件48中感应电压。替代或附加地也可以设想,发电机元件48包括线圈和相对于线圈能线性移动地被支承的磁铁,并因此构造为线性发电机。但是也可以设想其它的、技术人员视为有意义的构型。
能量收集单元18具有发电机元件48、光伏元件46、无线电波元件28、珀耳帖元件26、用于将通过固定元件24变形产生的力转换成电能的压电元件20’和用于将通过使用者脉搏产生的运动能转换成电能的压电元件20,这些元件组合地设置。发电机元件48、光伏元件46、无线电波元件28、珀耳帖元件26和压电元件20,20’电连接并且并联。发电机元件48、光伏元件46、无线电波元件28、珀耳帖元件26和压电元件20,20’设置用于至少部分同时地或者时间上重叠地产生电能。由此可产生尽可能大量的电能并且尽可能好地利用来自移动功能装置周围的能量。但是也可以设想任意的、技术人员视为有意义的组合或者也使用所述元件中的单个元件,用于能量收集单元18的构型。
移动功能装置10还具有电子单元50,所述电子单元用于处理通过能量收集单元18产生的电能(图3)。电子单元50包括:至少一个整流器52,用于由能量收集单元18产生的电压的整流;至少一个变压器54,用于将由能量收集单元18产生的电压变压到更高的电压水平;至少一个蓄能器56,用于中间储存由能量收集单元18产生的电压;以及至少一个微控制器58(μc),用于管理和控制电能。电子单元50包括整流器52、变压器54、蓄能器56和微控制器58(μc)。变压器54构造为升压或降压变换器。能量收集单元18与电子单元50电连接。
移动功能装置10还具有至少一个能量传递单元30,用于将利用能量收集单元18产生的电能传递到外部单元14上。移动功能装置10具有正好一个能量传递单元30。但是,移动功能装置10也可以包括多于一个的能量传递单元30。外部单元14包括对应的能量传递单元36。移动功能装置10的能量传递单元30用于无线地传递电能。移动功能装置10的能量传递单元30设置用于通过感应传递电能。移动功能装置10的能量传递单元30设置用于,当能量收集单元18产生比用于移动功能装置10运行所需更多的电能时,传递电能到外部单元14上。传递到外部单元14上的电能用于外部单元14的功能单元、例如传感器和/或通讯单元的能量供应。但是也可以设想,传递的电能替代或附加地用于对外部单元14的蓄电池组充电。移动功能装置10的能量传递元30和外部单元14的能量传递单元36设置用于双向传递电能。如果利用移动功能装置10的能量收集单元18产生的电能不足以运行移动功能装置10,则利用外部单元14的能量传递单元36从外部单元14的电源传递电能到移动功能装置10上。
在图4中示出具有移动功能装置10和外部单元14的系统,该移动功能装置包括能量传递单元30,该外部单元包括对应的能量传递单36。能量传递单元30,36设置用于在外部单元14与移动功能装置10之间传递电能。外部单元14由手持式工具机形成。外部单元14由角磨机(Winkelschleifer)形成。但是也可以设想其它的、技术人员视为有意义的外部单元14的构型,例如具有进入授权装置的门、花园设备、其它形式的手持式工具机34、智能手机或平板、尤其是在居室和/或工作室中的基础设施元件或者使用者保护装备,如夹克、盔帽、裤子、背心、手套、工作靴或者保护眼镜。
在图5中示出本发明的另一实施例。下面的描述和显示基本限制于实施例之间的差别,其中在相同标识的构件方面、尤其在具有相同附图标记的构件方面原则上也可以参照其它实施例、尤其附图1至4的附图和/或描述。为了实施例的区别,在图5中的实施例的附图标记后置字母a至f。
在图5中示出多个替代构型的、不同工作服部件形式的移动功能装置10a,10b,10c,10d,10e,10f。分别形成移动功能装置10a,10b,10c,10d,10e,10f的不同工作服部件一起形成用于使用者的个人保护装备。工作服部件由夹克、裤子、手套、安全靴、腰带和盔帽形成。但是也可以设想其它的、技术人员视为有意义的构型,例如保护背心、帽子、头罩、护胸甲。移动功能装置10a,10b,10c,10d,10e,10f分别具有至少一个能量收集单元18a,18b,18c,18d,18e,18f,用于转换至少一个能量形式成电能,用于给至少一个在此未示出的通讯单元和/或至少一个在此未示出的传感器单元提供能量。在夹克、裤子、手套、安全靴、腰带和盔帽中分别集成有能量收集单元18a,18b,18c,18d,18e,18f。能量收集单元18a,18b,18c,18d,18e,18f对应于上述的能量收集单元18。由不同的工作服部件形成的移动功能装置10a,10b,10c,10d,10e,10f的、在此未示出的通讯单元设置用于相互间通讯和/或用于与至少一个手持式工具机通讯。
在图6中示出一种用于运行所述系统的方法的流程图。为了简化,利用图1至4的移动功能装置描述本方法。但是所述的方法同样可以应用于图5中替代构型的移动功能装置。本方法具有方法步骤60,其中,来自移动功能装置10周围的至少一个能量形式利用能量收集单元18转换成电能。能量收集单元18将至少一个能量形式在方法步骤60中以上述方式转换成电能。该方法具有另一方法步骤62,其中,利用电子单元50处理电能。在方法步骤62中,利用能量收集单元18产生的电能被整流和变压。本方法具有另一方法步骤64,其中,电能被使用。电能在方法步骤64中用于给传感器单元16和通讯单元12提供能量。本方法还具有方法步骤38,其中,利用能量收集单元18产生的电能从移动的功能能装置10至少部分地传递到外部单元14上。在方法步骤38中,利用能量收集单元18产生的电能的一部分从移动功能装置10传递到外部单元14上。但是也可以设想,电能在方法步骤38中完全从移动功能装置10传递到外部单元14上。在方法步骤38中电能无线地从移动功能装置10传递到外部单元14上。本方法还具有方法步骤40,其中,电能从外部单元14至少部分地传递到移动功能装置10上。外部单元14同样可以包括设置用于产生电能的能量收集单元。在方法步骤40中,电能的一部分从外部单元14传递到移动功能装置10上。但是也可以设想,电能在方法步骤40中完全从外部单元14传递到移动功能装置10上。在方法步骤40中,电能无线地从外部单元14传递到移动功能装置10上。