[发明专利]使用低温度热导率充电器估计和控制皮肤温度

说明书

本文所述的设备和方法有助于快速无线充电，同时降低了由再充电期间产生的热量引起的伤害、损坏或不适的风险。本文所述的实施例可用于各种环境，包括IoT设备、个人电子设备、电动车辆和医疗设备等。

相关申请

本申请要求于2020年6月11日提交的美国临时申请号63/037,641的权益，该美国临时申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本技术总体上涉及无线充电。在实施例中，可以管理设备或系统的无线充电以调节传递到相邻系统的热量，并且无线充电器可以被设计用于减少从充电器传递到相邻结构的总热量。

背景技术

无线充电在各种技术领域的系统中越来越重要。例如，无线充电手机或其他设备越来越普遍，而诸如电动汽车或遍布住宅或企业的物联网(IoT)设备等其他系统需要的电量供应则不便于通过有线连接提供。可植入医疗设备是特别难以为其提供有线电力的一个领域，这些可植入医疗设备可以提供多年的医学治疗，却没有机会进行简单的有线充电。

在基本的层面上，无线充电只需要两个部分：发射器和接收器。发射器提供变化的电磁场，接收器利用该电磁场产生充电电流。该充电电流可用于直接进行某些工作(例如提供医学治疗)或对耦合到接收器的电池进行充电或再充电。

将电磁信号转换为充电电流本身会产生一定程度的热量。通常，正在充电或再充电的设备的工作会产生额外的热量。根据设备的不同，可能存在最高安全温度。除了损坏设备本身外，周围的材料或环境可能对热敏感。对于医疗设备尤其如此，过热可能导致患者受伤或不适。同样地，当电流通过线圈产生充电场时，充电器本身也会产生热量。

传统地，已经对过热进行建模以确定发射器和接收器中的安全充电电流水平，即使在预计会发生的最极端条件下，该安全充电电流水平也不可能对设备或周围环境造成损坏。基于这样的建模，总充电电流可以被限制在一个被确定为安全阈值的值。然而，对于许多系统来说，这样并不理想，因为即使在更快的充电不会造成伤害或损坏的情况下，该限制也会导致设计无法达到高充电电流水平以及伴随的快速充电时间。通常这些上限设置得非常低，因为如果提高上限以提高充电效率，那么造成的损坏或伤害将非常严重。

对于医疗设备，壳体或外壳通常用于封装无线充电器线圈、印刷电路板和其他电子设备、以及电池。外壳最具限制性的设计约束通常是构成材料的热特性，因为它们与皮肤温度有关。在给植入物充电期间，理想地，外壳材料应保持皮肤温度尽可能低。热管理不仅是许多可植入医疗设备的安全问题，而且与充电持续时间和电池容量直接相关。

根据设备的复杂程度以及防止过热的重要性，无线充电器可以包括温度传感器。温度传感器比其他可用于热管理的方式提供了更大的灵活性，因为它们可以用于例如检测温度阈值，在该温度阈值下，如果被继续加热，则设备或周围元件将会损坏。

发明内容

一方面，无线充电器包括外壳，该外壳具有的特定热物理材料特性降低了以不希望的高速率进行热传递的可能性。

在一个实施例中，无线充电器包括充电线圈和外壳，该外壳围绕该充电线圈并限定基本平坦的面。外壳由具有热导率和比热的材料制成，该外壳包括热障，该热障具有小于约0.5W/m-℃的材料热导率以及大于2300J/kg-℃的材料比热。

在一些实施例中，该无线充电器可以进一步包括温度传感器，该温度传感器与该面热接触并与充电线圈的热障相对。该外壳可以包括第一部分，该第一部分垂直于该面的厚度明显小于围绕该第一部分的该外壳的第二部分。该无线充电器可以进一步包括电池和电路板。该材料可以是聚合物。该无线充电器可以包括气隙，该气隙被布置在该充电线圈与该基本平坦的面之间。该热障与该外壳可以分开形成。该热障可以具有环形形状。