CN102511203A - 具有本地能量供应设备的电子纺织物 - Google Patents

Abstract

一种电子纺织物（1）包括：纺织物衬底（3），其包括至少一个纺织物衬底导体（8a-b）；以及布置在纺织物衬底（3）上的多个电子能耗设备（4），每个电子能耗设备（4）均电连接到所述至少一个纺织物衬底导体（8a-b），以用于从主电源（7）向电子能耗设备（4）供应电力。该电子纺织物（1）进一步包括布置在纺织物衬底（3）上的多个本地能量供应设备（5a-d；12a-d；13a-d），除了由主电源（7）供应的电力之外，每个本地能量供应设备（5a-d；12a-d；13a-d）被布置成向至少一个与该本地能量供应设备（5a-d；12a-d；13a-d）相关联的电子能耗设备（4）供应电力。

Description

具有本地能量供应设备的电子纺织物

技术领域

本发明涉及包括纺织物衬底和多个布置在纺织物衬底上的电子能耗设备的电子纺织物。

背景技术

当前，电子纺织物领域的研究非常活跃，尽管在当今的市场上无法找到大量先进的电子纺织物产品，但是预期在不久的将来许多新产品将会找到其通向消费者之路。

由于预期电子纺织物具有类似纺织物的机械属性，因此对用于互连电子纺织物中所包括的电子设备的电导体的选择受到限制。

特别地，适合用在电子纺织物中的电导体典型地具有相对较低的电导率，这可能导致提供给电子纺织物中所包括的各个电子设备的电压的显著差异，从而导致该电子纺织物的不均匀性能。

发明内容

鉴于现有技术的上述和其他缺陷，本发明的总体目的是提供一种改进的电子纺织物，特别是一种具有改进的电压均匀性的电子纺织物，该电压是提供给该电子纺织物中所包括的电子能耗设备的。

根据第一方面，本发明提供一种电子纺织物，包括：纺织物衬底，其包括至少一个纺织物衬底导体；多个布置在纺织物衬底上的电子能耗设备，每个电子能耗设备电连接到所述至少一个纺织物衬底导体，以用于从主电源向电子能耗设备供应电力；以及多个布置在纺织物衬底上的本地能量供应设备，除了由主电源供应的电力之外，每个所述本地能量供应设备被布置成向至少一个与该本地能量供应设备相关联的电子能耗设备供应电力。

在本申请的上下文中，“纺织物”应当被理解为由纺织纤维制造的物质或产品。该纺织物可以例如借助织结、编织、针织、钩编、衍缝或毡结制造。特别地，纺织物可以是织结的或非织结的。

纺织物衬底中所包括的所述至少一个纺织物衬底导体可以被提供在纺织物衬底的表面上，或者可以是纺织物衬底的结构组件。

当被提供在所述表面上时，电导体可以例如由可被应用于纺织物衬底的导电物质形成。这种导电物质可以例如是导电胶或导电油墨。可以例如使用涂布（dispensing）技术、印刷（包括丝网印刷和喷墨印刷）或用适当的刷子或类似物涂抹来将该导电物质应用于纺织物衬底。

所述主电源可以包括在电子纺织物中，或者可以是外部设备。

本发明基于以下认识：可以通过提供本地能量供应设备来补偿纺织物衬底导体中的电压降，该本地能量供应设备补充主电源以在本地提升电压，由此可以改进电子纺织物的性能的空间均匀性。

为了高效地解决与纺织物衬底导体相对较高的电阻相关联的均匀性问题，本地能量供应设备可以跨越纺织物衬底有利地分布，以使得每个本地能量供应设备具有一组“属于”该本地能量供应设备的电子能耗设备。属于给定的本地能量供应设备或与之相关联的该组电子能耗设备有利地可以是最靠近该本地能量供应设备布置的那个或那些电子能耗设备。特别地，依据用于从该本地能量供应设备向电子能耗设备传导电流的纺织物衬底导体的长度，属于给定的本地能量供应设备或与之相关联的该组电子能耗设备有利地可以是布置在距离该本地能量供应设备5m内的那个或那些电子能耗设备。

通过提供这样的本地能量供应设备，使提供较大的、具有可接受的空间均匀性的电子纺织物变得普遍可能。而且，在实现电子纺织物的可接受的空间均匀性的同时，可以增加各个电子能耗设备之间的距离。

应当注意，对每个本地能量供应设备均可以有利地以这样的方式被确定尺寸：使得该本地能量供应设备不能独立地供应操作至少一个与该本地能量供应设备相关联的电子能耗设备所需的电力。因此，本地能量供应设备可以是相对较小的且廉价的，并且仍然能够提供足够的电力以用于在本地补充由主电源提供的电力，由此改进电子纺织物中电力分布的空间均匀性。

根据各种实施例，所述电子能耗设备可以平行地连接在至少两个纺织物衬底导体之间。

而且，所述电子纺织物可以包括至少三个电子能耗设备，其中每个被布置在纺织物衬底上并且被电连接到所述至少一个纺织物衬底导体。

而且，每个本地能量供应设备可以和与其相关联的所述至少一个电子能耗设备集成。于是，至少一个本地能量供应设备和至少一个电子能耗设备可以被集成以形成布置在纺织物衬底上的单个设备。

根据一个实施例，纺织物衬底可以是带。该带可以使用任何适当的纺织物生产技术来制造，比如织结、针织、编织或钩编。

而且，纺织物衬底中所包括的所述至少一个电导体可以是导电纱线。典型地，当使用纱线、即使用诸如上文所述的织结、针织或编织之类的技术制造纺织物衬底时，情况可能是这样的。一个或若干个导电纱线也可以被缝至纺织物衬底，这意味着该纺织物衬底也可以由所谓的“非织结的”材料制成。

依据本申请，导电纱线可以具有导电的外表面。这种纱线将比具有绝缘护套的纱线更容易连接电子组件等，但是为了避免此处不想要的短路，应当例如用不导电纱线将导电纱线彼此分隔。

“纱线”一般地被定义为适合用在纺织物生产、缝纫、钩编、针织、织结、刺绣和制绳中的一长段连续长度的联锁的纤维或丝。

“导电纱线”是能够传导电流的纱线。这可以通过提供具有一个或若干个导电丝的纱线或用导电涂层涂覆不导电纱线来实现。

根据各种实施例，每个电子能耗设备均可以有利地包括发光设备，比如发光二极管。从而，可以实现具有所发射的光的改进的空间均匀性的发光电子纺织物。

而且，每个本地能量供应设备可以被配置成感测由所述至少一个纺织物衬底导体提供给与该能量供应设备相关联的电子能耗设备的本地电压水平；以及在本地电压水平低于预定阈值水平的情况下向与本地能量供应设备相关联的电子能耗设备供应电力。

跨越电子纺织物的电压分布可以依据各种因素动态地变化，比如被操作的电子能耗设备的数量和分布、环境条件等。电压分布的这种动态变化可以通过以下操作来操控：感测本地电压水平，并且在所感测的电压水平低于预定阈值水平的情况下控制本地能量供应设备以在本地提供电能来补充由主电源提供的电能（提升本地电压水平）。从而，可以实现随着时间的改进的空间均匀性。

根据一个实施例，本地能量供应设备可以是能量存储设备，比如电容器或电池。

而且，每个能量存储设备均可以电连接到纺织物衬底导体以用于向该能量存储设备充电，并且可电连接到纺织物衬底导体以用于向电子能耗设备供应电力。

可替代地，能量存储设备可以被配置成：在本地电压足够高的时间和地点，接收并存储由连接到电子能耗设备的纺织物衬底导体供应的电能；以及在本地电压低于阈值电压水平的时间和地点向连接到电子能耗设备的纺织物衬底导体提供所存储的电能。

根据各种实施例，一些或所有本地能量供应设备可以是能量收获设备，其被布置成收集供应给电子纺织物的能量并提供该能量作为用于供应给电子能耗设备的电能。

能量收获设备可以从包括下述设备的集合中提供：将机械能转换为电能的设备、将太阳辐射转换为电能的设备、将热量转换为电能的设备和收集静态电荷的设备。

例如，该能量收获设备可以包括太阳能电池、压电晶体、微机电系统组件（MEMS-组件）、利用塞贝克（Seebeck）效应（由热量生成电能）的设备等。

附图说明

现在将参考示出了本发明的当前优选实施例的附图来更详细地描述本发明的这些和其他方面，其中：

图1a示意性地示出了根据本发明的实施例的示范性电子纺织物；

图1b是图1a中的电子纺织物的放大视图，其示意性地示出了电子纺织物中所包括的本地能量供应设备；

图2是包括太阳能电池形式的本地能量供应设备的示范性电子纺织物的放大视图；以及

图3是包括含有电容器的本地能量供应设备的示范性电子纺织物的放大视图。

具体实施方式

在下面的描述中，参考可穿戴显示器形式的电子纺织物来描述本发明，该可穿戴显示器包括多个发光二极管（LED）和太阳能电池或电容器形式的本地能量供应设备，每个本地能量供应设备被布置在靠近将要接受其电力供应的发光二极管的位置。应当注意，这绝没有限制本发明的范围，本发明同样适用于包括其他种类的能量供应设备的其他电子纺织物。而且，除了LED之外的其他组件自然可以包括在电子纺织物中，比如各种类型的无源组件或有源组件，如传感器、致动器等。

图1a示意性地示出了第一示范性性电子纺织物1，其具有附着到织物3的带状纺织物电子布置的多个段2a-d。在图1a所示的示范性实施例中，每个段2a-d是单独的电子纺织物，并且每个单独的电子纺织物包括9个电子组件，这里为LED 4的形式（这些组件中只有一个用附图标记指示，以避免使该图混乱）。

图1a中的电子纺织物1可以例如是一件衣服或类似物的一部分。

当在附着到织物3的电子纺织物的单独段2a-d上提供电子组件4时，每段2a-d中的电子组件4可以电连接到主电源设备7和/或控制设备或类似物（后一种设备在图中未示出）。主电源设备7和/或控制设备可以有利地附着到织物3，但是可替代地可以被布置在电子纺织物外部并通过适当的布线与其电连接。

如作为图1a中的电子纺织物1的一部分的放大视图的图1b中更清楚地示出，电子纺织物1进一步包括本地能量供应设备5a-d，这些本地能量供应设备靠近它们各自的LED 4布置。通过提供这些本地能量供应设备5a-d，可以大大减少可能另外由于纺织物衬底导体中的电压降而发生的不均匀性，该不均匀性导致不同的LED 4两端的不同电压。能量供应设备5a-d可以连续地补充由主电源设备7供应给它们各自相关联的LED 4的电力，或者可以被配置成监控它们各自相关联的LED 4两端的电压并且仅在所监控的电压低于预定的阈值电压时供应补充的电能。当然，可以直接监控该电压或通过监控流过参考电阻器的电流来间接监控该电压。

如在图1b中可以看出，本地能量供应设备5a-d被布置成相对靠近它们各自相关联的电子能耗设备4。本地能量供应设备5a-d与它们各自相关联的电子能耗设备4之间的实际距离将取决于多个因素，比如在不同的电子能耗设备4之间容许的电压分布、纺织物衬底导体的电阻率（对于导电纱线而言，其典型地可以在0.1Ω/m至1Ω/m的范围内）、以及电子纺织物的期望的类似纺织物的机械属性。在本地能量供应设备及其关联的电子能耗设备不是以单个集成设备被提供的实践应用中，用于保持期望的类似纺织物的机械属性的最小距离可以例如是约1mm，有利的距离是约0.5cm至约2cm。

如在图1b中可以看出，段2a-d被提供为由交织的导电纱线8a-b和不导电纱线9形成的织带6的形式。导电纱线8a-b可以具有导电的外表面，并且不是短路的，因为它们被若干个不导电纱线9分隔。

如图1b示意性所示，织带2a-d被缝至织物3。如对技术人员而言将显然的是，这些带可以依据应用以各种其他方式附着到织物3。将段2a-d附着到织物3的其他方式的实例包括例如胶合、卡装、超声波焊接等。

本地能量供应设备5a-d可以以各种不同的方式实现，并且这样的设备可以例如被归类在类别“能量存储设备”和“能量收获设备”中。现在将参考图2-4描述具有来自这些类别的本地能量供应设备的电子纺织物的实例。

图2示意性地示出了包括形式为属于类别“能量收获设备”的太阳能电池12a-d的本地能量供应设备的电子纺织物的实例。太阳能电池12a-d“收获”辐射形式的太阳能并且将其转换为电。当太阳能电池12a-d经受太阳辐射时，生成电能。该电能可以通过纺织物衬底导体8a-b直接馈送到相关联的LED 4。而且，太阳能电池12a-d可以被配置成存储所生成的电能并且根据需要将其供应给相关联的LED 4。为了确定何时向相关联的LED 4供应电能，太阳能电池12a-d可以进一步被配置成监控相关联的LED 4两端的电压。应当注意，前述内容对任何种类的能量收获设备均是有效的，而不仅仅是对图2中的太阳能电池12a-d有效。因而，任何这样的能量收获设备可以被配置成存储所生成的电能和/或监控相关联的电子能耗设备两端的电压。

图3示意性地示出了包括形式为属于类别“能量存储设备”的基于电容器的设备13a-d的本地能量供应设备的电子纺织物的实例。如图3示意性所示，每个段2a-d包括另外的纺织物衬底导体8c，用于对基于电容器的能量供应设备13a-d中的电容器进行充电。每个基于电容器的能量供应设备13a-d具有三个分别连接到纺织物衬底导体8a-c的端子14、15、16。

如在图3中可以看出，每个基于电容器的能量供应设备13a-d可以在存储状态（基于电容器的能量供应设备13a）与供应状态（基于电容器的能量供应设备13b）之间切换，在存储状态中电容器17通过所述另外的纺织物衬底导体8c来充电，而在供应状态中电容器17连接到向LED 4供电的纺织物衬底导体8a以提供本地供电。

可以基于来自监控相应的LED 4两端电压的电压监控设备18的输出来控制存储状态与供应状态之间的切换。在图3中，图示了处于其供应状态中的本地能量供应设备13a和13c，同时图示了处于其存储状态中的本地能量供应设备13b和13d。

本文中的术语“基本上”（比如在“基本上平行”中）将被本领域技术人员理解。同样，术语“约”将被理解。在适当的情况下，术语“基本上”或“约”还可以包括具有“全部地”、“完全地”、“所有”、“确切地”等的实施例。因此，在实施例中，形容词基本上也可以被移除。例如，术语“约2°” 因此也可以涉及“2°”。

本领域技术人员将认识到，本发明绝不限于优选实施例。例如，除了如上文所述的包括织带的电子纺织物之外的其他类型的电子纺织物可以依据应用而被有利地使用。例如，所述织带可以用捻纱或者编织或针织带来代替。后一种情况可能特别适合用于要求拉伸性的应用。而且，电子能耗设备和本地能量供应设备可以直接附着到织物3，为此目的，织物3设有多个纺织物衬底导体。此外，尽管在本说明书中被描述为单独的组件，本地能量供应设备和电子能耗设备可以被提供为包括若干元件的集成设备或组件的形式，所述若干元件比如是本地能量供应设备、诸如LED之类的电子能耗设备以及可能用于控制本地能量供应设备和/或电子能耗设备的控制电路。

Claims (14)

1.一种电子纺织物（1），包括：

纺织物衬底（3），其包括至少一个纺织物衬底导体（8a-b）；

多个布置在所述纺织物衬底（3）上的电子能耗设备（4），每个所述电子能耗设备（4）电连接到所述至少一个纺织物衬底导体（8a-b）以用于从主电源（7）向所述电子能耗设备（4）供应电力；以及

多个布置在所述纺织物衬底（3）上的本地能量供应设备（5a-d；12a-d；13a-d），除了由所述主电源（7）供应的电力之外，每个所述本地能量供应设备（5a-d；12a-d；13a-d）被布置成向与所述本地能量供应设备（5a-d；12a-d；13a-d）相关联的至少一个所述电子能耗设备（4）供应电力。

2.根据权利要求1的电子纺织物（1），其中对每个所述本地能量供应设备（5a-d；12a-d；13a-d）被确定尺寸，以使得它不能独立地供应操作与所述本地能量供应设备（5a-d；12a-d；13a-d）相关联的所述至少一个电子能耗设备（4）所需的电力。

3.根据权利要求1或2的电子纺织物（1），其中所述电子能耗设备（4）被平行地连接在至少两个纺织物衬底导体（8a-b）之间。

4.根据前述权利要求中任一项的电子纺织物，包括至少三个电子能耗设备（4），其中每个被布置在所述纺织物衬底（3）上并且被电连接到所述至少一个纺织物衬底导体（8a-b）。

5.根据前述权利要求中任一项的电子纺织物（1），其中对于每个所述本地能量供应设备（5a-d；12a-d；13a-d）而言，所述本地能量供应设备（5a-d；12a-d；13a-d）和与所述本地能量供应设备相关联的所述至少一个电子能耗设备（4）被集成，以形成布置在所述纺织物衬底（3）上的单个设备。

6.根据前述权利要求中任一项的电子纺织物（1），其中所述至少一个纺织物衬底导体（8a-b）是导电纱线。

7.根据权利要求6的电子纺织物，其中所述纺织物衬底（3）是由交织的不导电纱线（9）和导电纱线（8a-b）形成的织结织物。

8.根据权利要求6的电子纺织物（1），其中所述纺织物衬底是包括不导电纱线和导电纱线的针织织物。

9.根据前述权利要求中任一项的电子纺织物（1），其中每个所述电子能耗设备（4）包括发光设备。

10.根据前述权利要求中任一项的电子纺织物（1），其中每个所述本地能量供应设备（5a-d；12a-d；13a-d）被配置成：

感测由所述至少一个纺织物衬底导体（8a-b）提供给与所述本地能量供应设备（5a-d；12a-d；13a-d）相关联的所述电子能耗设备（4）的本地电压水平；以及

在所述本地电压水平低于预定阈值水平的情况下，向与所述本地能量供应设备相关联的所述电子能耗设备（4）供应电力。

11.根据前述权利要求中任一项的电子纺织物（1），其中所述本地能量供应设备（13a-d）包括能量存储设备。

12.根据权利要求11的电子纺织物（1），其中每个所述能量存储设备（13a-d）电连接到纺织物衬底导体（8c）以用于向所述能量存储设备（8c）充电，并且可电连接到所述至少一个纺织物衬底导体（8a-b）以用于向所述电子能耗设备（4）供应电力。

13.根据前述权利要求中任一项的电子纺织物（1），其中所述本地能量供应设备（12a-d）包括能量收获设备，其被布置成收集供应给所述电子纺织物（1）的能量并提供所述能量作为用于供应给所述电子能耗设备（4）的电能。

14.根据权利要求13的电子纺织物（1），其中所述能量收获设备从由包括下述设备的集合中提供：将机械能转换为电能的设备、将太阳辐射转换为电能的设备、将热量转换为电能的设备和收集静态电荷的设备。

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