用于在电池供电吹风机中输送热量的系统和方法与流程

本申请要求于2016年7月29日提交的美国临时专利申请号62/368,962和于2017年7月26日提交的美国专利申请号15/660,601的优先权，这些专利申请的内容通过援引并入本文。

本发明涉及吹风机领域，并且具体涉及输送大功率热量输出的仅用电池供电的吹风机，并且更具体涉及采用新型加热元件技术的电池驱动的吹风机，该技术使得吹风机对于造型和吹干头发而言足够热，但也足够轻巧而便于携带。

背景技术：

吹风机已问世数十年。为了加热，传统吹风机使用由包裹绝缘芯以便成型(通常为云母片)的电阻丝(通常为镍铬合金)制成的加热元件。图1示出了一个实例。由于吹风机以不同(例如，高、中或低)功率水平工作，因此变化量的电流流过电阻丝，从而实现期望水平的热输出。此加热元件构造廉价、加热迅速，并且可以通过调节电阻丝的长度或厚度来微调功耗。出于这些原因，不同功率水平在当今绝大多数的吹风机中很受欢迎。

吹风机还会因加热元件的绝热较差而浪费大量热量。图2示出了通过热成像相机获得的使用中的典型市售吹风机的壳体的热图像。虽然吹风机消耗的大部分功率是由加热元件引起的，但该图显示很大一部分功率使吹风机的壳体变热。

吹风机通常接收通过插入壁式插座的线材传递的功率，从而限制了可以使用吹风机的位置。实现电池驱动吹风机的最重要技术障碍之一是提供足够的功率。市售吹风机往往在1600w至2000w的范围内，这对电池供电提出了挑战。对提供此功率的部件的分解表明，10％至20％的功率通过电机消耗，剩余量则被加热元件吸收。因此，对加热元件的改进带来了巨大的机会以将功耗降至装置可以由电池供电的程度。

希望开发一种采用低功耗加热元件设计的电池驱动吹风机。

技术实现要素：

本发明涉及一种电池供电吹风机，该电池供电吹风机采用可以由附接的电池组供电的新型加热元件技术。该加热元件包括红外灯泡，该红外灯泡发射高热量，并且与当前方法相比具有相对较低的功耗。本发明专利还描述了适于执行吹干头发任务的独特电池单元构型。

在第一方面，本发明的实施例提供一种电池驱动吹风机，该电池驱动吹风机包括：壳体，该壳体具有带空气入口和空气出口的空气流动通道；加热元件，该加热元件位于在该空气入口与该空气出口之间的空气流动通道内；以及联接到该加热元件的功率控制电路系统，该功率控制电路系统被配置成向该加热元件提供一种或多种功率优化模式。风扇组件位于该空气流动通道内，并且至少一个电池被配置成向该功率控制电路系统和风扇组件提供电力。在使用时，该风扇组件通过该空气入口吸入空气，该空气流过该空气流动通道并且吹过/通过该加热元件以加热该空气，并且所加热的空气通过该空气出口离开。

在许多实施例中，电池驱动吹风机还包括一条或多条电阻丝。

在许多实施例中，功率优化模式包括一个或多个红外灯泡的脉宽调制(pwm)。

在许多实施例中，一种或多种功率优化模式包括延时加热电路系统，以平衡红外灯泡与电阻丝之间的功率。

在许多实施例中，一种或多种功率优化模式包括功率调节电路系统，该功率调节电路系统向电阻丝提供第一时间段和/或达到设定温度的功率，然后调节输送到电阻丝的功率。

在许多实施例中，电池驱动吹风机还包括联接到功率控制电路系统的头发温度传感器，该头发温度传感器被配置成用于检测头发的温度并且在达到理想的头发温度时调节输送到加热元件的功率。

在许多实施例中，红外灯泡为石英钨灯泡。

在许多实施例中，电阻丝为镍铬合金线。

在许多实施例中，电池为可更换的和/或可充电的。

在许多实施例中，壳体包括手柄部分，并且电池位于手柄部分内。手柄部分可以包括被配置成在风扇工作期间允许气流通过电池的一个或多个空气入口。

在另一方面，本发明的实施例提供一种用于电池驱动吹风机的节能加热元件系统，该节能加热元件系统包括一个或多个红外灯泡和联接到这些红外灯泡的电池供电功率控制电路系统，该电池供电功率控制电路系统被配置成提供一种或多种功率优化模式。

在许多实施例中，加热元件系统还包括联接到控制电路系统的一条或多条电阻丝。

在许多实施例中，功率优化模式包括一个或多个红外灯泡的脉宽调制(pwm)。

在许多实施例中，一种或多种功率优化模式包括延时加热电路系统，以平衡红外灯泡与电阻丝之间的功率。

在许多实施例中，一种或多种功率优化模式包括功率调节电路系统，该功率调节电路系统向电阻丝提供第一时间段和/或达到设定温度的功率，然后调节输送到电阻丝的功率。

附图说明

在结合附图阅读时，可以通过如下具体实施方式来理解本发明的实施例。应当强调，附图的各种特征未必按比例绘制。相反，为了清楚起见，各种特征的尺寸可以随意放大或缩小。

图1示出了现有技术加热元件的视图。

图2示出了现有技术吹风机的热能特征图。

图3示出了电池供电吹风机的一个实施例。

图4示出了电池供电吹风机的部件的分解图。

图5示出了加热元件系统的一个实施例。

图6示出了加热元件系统的另一个实施例。

图7示出了红外灯泡上的涂层。

图8示出了加热元件系统的另一个实施例。

图9示出了加热元件系统的示意图。

图10示出了具有围绕电池单元的气流流动的一个实施例。

图11示出了冷却电池的另一个实施例。

图12a至图12f示出了用于布置一个或多个电池和电子器件的不同实施例。

图13示出了电池组的一个实施例。

图14示出了电池组/手柄。

图15示出了电池供电吹风机。

图16示出了直接插入连接器的电源线的实施例。

图17示出了显示不同热源的加热曲线图。

具体实施方式

本发明的实施例将参考附图进行描述，在所有附图中，类似的附图标记表示类似的要素。本文提出的描述中使用的术语并非旨在以任何限定或限制的方式解释，只是因为术语是结合本发明的某些特定实施例的详细描述使用的。此外，本发明的实施例可以包括若干新型特征，其中没有一个能够单独促成其所需的属性或对于实施本文所述的发明是必不可少的。

由于常规加热元件固有的高功耗，因此先前利用电池供电吹风机提供足以吹干头发的热量的尝试均以失败告终。本发明披露了一种吹风机，该吹风机采用新型加热元件技术，提供高水平的热量，并且通过内部电池供电实现低功耗，从而解决此问题。此独特组合使得吹风机对头发造型而言足够热，但也足够轻巧而便于携带。

大功率无绳吹风机具有许多用途和优点。因使用我们的新型加热元件而实现的自由移动和高热量输出显然可以用于以更舒适的方式、在无电源线的情况下并且在先前不可能使用吹风机的位置用于造型和吹干头发。参见下面的一些实例：

·在室内随走随造型

·下楼准备咖啡

·在浴室中，您的另一半不在时

·寻找一面没有被浴室蒸汽雾化的镜子

·不想被电源线插头困扰

·在城市中淋了雨，在出租车中吹干头发

·一只手抓握，另一只手处理杂务/事务

·电源线够不到期望的位置

·电源线缠结或没有插座

·边走边吹干头发

·运动队或健身房会员的衣帽间

·保险丝熔断或电力中断

·匆忙准备晚餐约会，丈夫开车，妻子吹头发

·参加“女孩周末”，在前往度假村的车中

·参加“女孩周末”，在拥挤的公用酒店浴室中

·露营

·美发厅

·外景电影片场造型师，“现场”

·私人飞机，途中在飞机上造型

·豪华汽车的汽车服务

·游艇上使用

图3示出了电池供电吹风机100的一个实施例，该电池供电吹风机具有壳体105(带手柄110)、加热元件系统115、靠近加热元件115的风扇120、电子器件125以及位于手柄110内以便为部件供电的一个或多个电池130。壳体包括带空气入口135和空气出口140的空气流动通道。在所示的实施例中，风扇通过入口135吸入空气145a，空气145b流过壳体并且吹过/通过加热元件以加热，加热的空气145c通过出口140离开。

图4示出了电池供电吹风机100的部件的分解图。加热元件115、风扇组件120和电子器件125位于壳体内。壳体可以由多件制成，诸如壳体105a和105b。入口135可以包括筛网135a，出口可以包括筛网或扩散片140a。

电池可以是一体式的，或者可以是可充电/升级/独立于吹风机筒体交换的单独的可更换单元或模块。还设想了可以使用不同容量的电池来提供不同的价位。作为非限制性实例，电池组可以由锂离子电池单元或者一个或多个聚合物小袋构成。

在一些实施例中，电池可以延伸到筒体或空气通道中以隐藏体积。

在一些实施例中，筒体或空气通道可以是一件式(无缝)塑料外壳，部件从背面插入其中。

加热元件

图5示出了加热元件系统115的一个实施例，该加热元件系统包括被设计成在电池供电吹风机中工作以改进功耗并且使得电池供电吹风机能够长时间工作并提供比当前吹风机更多的热量的红外灯泡150a。与镍铬合金线元件相比，红外加热灯泡的使用可更高效地将热量从吹风机传递到头发，因为它能够加热头发而不使其间的空气变热。这使得我们的加热元件消耗的功率较低，在一些实施例中为600w。

图6示出了加热元件系统115b的另一个实施例，该加热元件系统包括被设计成在电池供电吹风机中工作的另一种类型的红外灯泡150b。为了防止热量在不期望的方向上辐射，通过在灯泡160上喷涂涂层165诸如金涂层，可以将红外灯泡制造成有方向性的灯泡，如图7所示。此技术可以用于吹风机设计以减少使吹风机壳体变热的废热。

然而，红外灯泡的缺点之一是，与电阻丝元件相比，需要较长时间才能达到其峰值温度。图17示出了两种热源的初始温度升高曲线：1)镍铬合金；2)ir灯泡。在一些实施例中，灯泡的体积比电阻丝大，可能会限制通过出口的气流。因此，使用两种热源的混合设计可能是可取的。

图8示出了加热元件系统115c的另一个实施例，该加热元件系统将红外灯泡150c与电阻丝部件155相结合，以在吹风机打开时提供稳态热量。通过对电阻丝部件155供电以便为吹风机提供直接热量，同时红外灯泡150预热，即可实现这一点。一旦变热，红外灯泡150即提供热量，并且电阻丝部件155可能随后停止工作。替代性地，可以一前一后同时使用电阻丝加热元件和红外(例如石英钨)的组合。在一个实施例中，加热元件由2个200w的ir灯泡和200w的镍铬合金线组成。

图9示出了加热元件系统115c的示意图，该加热元件由2个200w红外灯泡150c、一个200w镍铬合金线部件155和一些控制电路系统125组成。在测试中，通过此加热元件供电的吹风机能够从6英寸外将室温表面(73.4°f)加热至112.4°f的平均温度。在此构型中，6000mah电池组可持续12分钟。

降低功率的技术

采用最简单的形式时，控制电路系统125只允许吹风机以高/中/低功率模式运行。然而，可以采用更先进的电气和物理技术来优化功率。

延时加热电路系统

由于红外灯泡可能需要10秒钟才能达到其峰值温度，因此希望在开始时具有专用于镍铬合金线部件的额外功率来预热腔室和红外灯泡。一旦达到切断时间和/或温度，另外的镍铬元件将断电。具体时间和温度可以是固定常数，或者可以通过可微调的用户参数进行配置。

此电路系统可以使用rc网络或555定时器ic以具有成本效益的方式来实现。对于更复杂的定时要求，可以使用微控制器。如果与需要由装置执行更复杂计算以调节热量输出的其他增强特征相结合，微控制器方案可能是优选的。

具有较低峰值电流额定值的电池的解决方法

典型的锂离子电池单元具有两个电流额定值：连续放电电流，其定义电池单元可以长时间安全地放电多少电流；以及峰值放电电流，其定义电池单元可以在更短的爆发时间内安全地放电多少电流。具有高峰值放电电流的锂离子电池单元趋于将较低容量作为折衷，因此希望得到具有尽可能低的峰值放电速率同时仍满足功率要求的电池。

当单元首次通电时，这种限制造成了增大加热功率的问题，因为电流要求可能指示更高的峰值电流。然而，通过将镍铬合金线放置在红外灯泡周围的线圈中，当单元首次通电时，可以将大部分电流预算(可能是全部)引导至镍铬合金线。这使得电阻丝能够将腔室和红外灯泡加热一定时间，然后在通过镍铬合金加热腔室后可将功率切换到红外灯泡。

这样的设计将能够实现延时加热电路系统的有益效果，而不需要在初始工作阶段中具有较高的峰值电流。

利用pwm控制热量输出

在家庭照明空间中，led照明设备最近越来越受到欢迎，原因在于与白炽光或荧光灯泡相比功耗降低。然而，与其他类型的灯泡不同，led本质上是二进制的，意味着其只能亮起或熄灭。从家庭照明角度来看，这提出了挑战，因为希望许多灯是可调光的。此问题的一个解决方案是使用被称为脉宽调制(pwm)的技术。在pwm中，不是用随时间推移恒定的电压源来驱动led，而是电压源在特定时间百分比内接通。这致使led以肉眼无法察觉的速率闪烁开关，每个状态的持续时间取决于被称为占空比的量度。占空比为100％的pwm信号在全部时间处于开启状态，而75％表示仅75％的时间处于开启状态，从而降低观察到的亮度。

使用pwm和足够快以使人眼无法察觉出闪烁的频率，pwm可能造成led灯熄灭的印象，而实际情况是在每个状态完全打开和关闭之间闪烁开关达预定时间量。

另一种常见的家用电路是全波整流器。现代发电厂以交流电(ac)形式传输电力，而大多数电子器件采用直流电(dc)工作。这是由于ac的特性允许更高效地进行传输，而当电流行进较短距离时，dc的特性使设备更具成本效益。全波整流器电路将ac电力转换成dc。

全波整流器的关键部件之一是输出电容器，它使输入电压中的波纹平滑至接近平坦的程度。如果没有此平滑滤波，输出将具有许多噪声，并且dc电子器件将无法工作。

在一个实施例中，红外灯泡与全波整流器电路中电容器的特性类似，并且可以使用pwm进一步降低加热元件的功耗。仅在pwm的“开”状态下从电池中汲取电流，从而当单元处于“关”状态时节省功率。由于红外灯泡具有惰性(类似于全波整流器电路中的电容器)，因此需要一些时间才能冷却。在此可以利用此特性驱动led，使用pwm信号而不是恒定电压来节省功率。红外灯泡可将pwm信号的波峰和波谷平滑至从最终用户角度来看基本恒定的程度。

为了减轻输出温度的严重下降，镍铬合金线可以连接到恒定电压源，因为它不会表现出红外灯泡所具有的极端惯性特性。

添加传感器技术以减少过量热量

红外加热灯泡的另一个特性是它可加热它指向的表面，而不加热其间的空气。因此，达到的目标温度不取决于加热元件的温度，而是取决于头发的远端温度。通过增加传感器，诸如非接触式红外温度计，吹风机可以测量头发的远端温度并在达到理想的头发温度时减少功率输出(例如，减小pwm占空比)。从两个观点来看，此类机制将是期望的：它将防止吹风机损伤头发，2)它将通过提供不应超过的温度限值来降低功耗。

排放电池热量以提高输出

锂离子电池单元在放电时发热。达到电池单元的截止温度时，电池单元不能再以相同速率放电。图10示出了具有围绕电池单元的气流170流动以降低表面温度的一个实施例。在所示的实施例中，风扇通过入口135吸入空气145a，空气145b围绕电池单元流动，然后继续流过壳体并且吹过加热元件以加热，加热的空气145c通过出口140离开。

如图所示，空气在到达加热元件之前被电池变暖或预热。如果没有被设计到吹风机中，这种热量将变成废热(即，电池放电所获得的热量)，但不增强吹风机的性能。通过使用将电池组与吹风机的气流保持一致的设计，可以从电池组中吸取电池热量并将其馈送到加热元件中。

图11示出了冷却电池的另一个实施例，其中电池壳体或手柄包括110包括进风口110a和排风口110b。

图12a至图12f示出了用于布置一个或多个电池130和电子器件125的不同实施例。如图所示，可以存在多个电路板，诸如印刷电路板(pcb)。

电池占单元重量的一部分，因此在整体产品设计方面提出一些挑战。由于电池占总重量的一大部分，因此需要以符合人体工程学的方式布置电池。

此外，电池需要以6s2p构型进行电气连接。尽管从电气角度来看，具有6个电池的2个叠堆是理想的，但对于手持式吹风机而言，形状笨重。因此，考虑了其他几何形状。这些其他几何形状需要电池单元之间具有电连接器。这些连接器增大了电阻(热量)，因此成为一种平衡行为，以使废热减到最少，同时仍然实现良好的人体工程学。

图12示出了在给定这些约束的情况下被视为可行的许多改进构型。

电池组

图13示出了作为手柄110的一部分的电池组130的一个实施例，该手柄插入壳体105以形成吹风机100。该电池组包括将电池连接到电子器件125并为部件供电的电连接器170。该电池组的底部可以包括可以用于对电池充电和再充电的充电电连接器175。

图14示出了与壳体105组装在一起的电池组/手柄110。图中还示出了接泊站或充电站180，以及与连接器175交互以对电池充电的充电连接器185和电源线190。

图15示出了电池供电吹风机100，该电池供电吹风机联接到接泊站180以充电或存放设备。

图15示出了直接插入连接器175的电源线190的实施例。这样能够在电池充电时使用吹风机。

本发明的其他用途或应用

本发明可以用作便携式热源和气流源，并不限于吹干人类头发。除去玻璃上的雾气或霜：将其用作便携式风扇或加热器。例如，夜店的dj可以使用它吹去控制面板上的纸屑，或者乡村履带车滑雪经营者可以使用它在两次运行之间使顾客的手套变暖。

·军事越野行动。

·猎人和渔夫可以使用它吹干齿轮和衣物。

·在电影片场，作为特效设备的一部分来吹动东西。

·固化/干燥涂料或胶水。

·难以触及的区域的除尘。

·吹干宠物/牲畜。