專利名稱：感應(yīng)加熱的衣物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明廣泛地涉及例如鞋類的和服裝的衣物，它可感應(yīng)加熱以供寒冷天氣 使用。更具體地，本發(fā)明涉及這類衣物及其使用方法，其中衣物包括可感應(yīng)加 熱的元件，該元件在經(jīng)歷交變磁場時(shí)加熱。本發(fā)明還涉及包含這類可加熱衣物 連同設(shè)計(jì)成加熱衣物成分的感應(yīng)加熱器的的組合體。在較佳形式中，衣物包括 用來限制可加熱元件的最大溫度的裝置、閉合環(huán)路、允許溫度控制和維持的無 線溫度反饋。
現(xiàn)有技術(shù)的描述
例如鞋類或服裝的受熱衣物具有許多優(yōu)點(diǎn)，尤其對那些在寒冷氣候下在外 工作的人或那些從事例如滑雪的寒冷天氣運(yùn)動的人來說。該受熱衣物可提高身 體活動能力、使關(guān)于冷的不適減至最小并能提供在長時(shí)間冬季暴露期間的安全 度。
過去已提出許多加熱衣物的方法。兩種最普通的技術(shù)利用電池能或化學(xué) 能。電池能加熱的衣物包括相對笨重的電池并以及關(guān)聯(lián)的電阻加熱電路。由于 在長時(shí)間使用時(shí)電路線路可能斷裂并且難以清洗，這類系統(tǒng)可能有問題。此外， 電池往往是大體積的并經(jīng)常設(shè)置在尷尬的位置，例如設(shè)置在加熱手套的手腕。 化學(xué)能系統(tǒng)使用當(dāng)暴露于氧時(shí)加熱的化學(xué)包。用戶將這些包放置在衣服的口袋 內(nèi)，或在鞋類的情形下作為襯墊位于鞋類的鞋底附近。這些加熱包在例如鞋類 應(yīng)用中空氣流動受到限制時(shí)無法很好地工作。此外，這些包只為一種用途而設(shè)計(jì)，這明顯地增加了成本并產(chǎn)生廢物處理問題。
美國專利No. 5， 956, 866和5， 140, 131記載了在鞋類和其它衣物中的電 池/電阻加熱系統(tǒng)。同樣，美國專利No. 6,620,621和5， 997， 517記載了電 池供電的可加熱服裝。'621專利具體披露了在每個(gè)手套上都需要電池的電 池加暖手套。'517專利采用設(shè)置在背心內(nèi)并由電池供電的可加熱面板。美 國專利No. 6， 148，545使用施加于鞋類的外部加熱器。本專利還暗示出使用 相變材料來存儲由外部裝置產(chǎn)生的熱。在鞋類被穿著的同時(shí)，該系統(tǒng)不允 許再加熱，并因?yàn)樵谛”砻娣e上受約束的熱傳遞面需要長的加暖時(shí)間。所 有這些系統(tǒng)遇到重量過大、缺乏耐久性和清洗性的問題。
美國專利No. 6,701,639記載由放熱化學(xué)反應(yīng)加熱的可移動鞋內(nèi)底。 在該系統(tǒng)中，用戶必須拆下鞋類和關(guān)聯(lián)的鞋內(nèi)底以插入加熱源。同樣，這 種類型的加熱是有欠缺的，因?yàn)榧訜嵩俏ㄒ挥猛驹O(shè)計(jì)并且必須由用戶 周期地更換。
因此，業(yè)內(nèi)需要改進(jìn)的可加熱衣物，它不增加衣物的明顯的重量或復(fù)雜性， 它易于再加熱而無需拆下衣物，并且它在加熱期間提供閉環(huán)溫度反饋控制。
發(fā)明概述
本發(fā)明克服上面列出的問題并提供改進(jìn)的可感應(yīng)加熱衣物(例如鞋類和服 裝)以及包含這些衣物和關(guān)聯(lián)的感應(yīng)加熱器的衣物組件。廣泛地說，本發(fā)明的 衣物包括衣物本體，該衣物本體具有與該本體關(guān)聯(lián)工作的可感應(yīng)加熱元件。該 元件在受到交變磁場時(shí)可加熱以為衣物的穿戴者提供溫暖。為了防止危險(xiǎn)的不 正確加熱，衣物較佳地設(shè)有可工作地耦合于加熱元件以在加熱過程中限制其最 高溫度的裝置。衣物組件還具有配置成位于加熱元件附近并工作以產(chǎn)生感應(yīng)加 熱為目的的交變磁場的感應(yīng)加熱器。在使用時(shí)，衣物放置在感應(yīng)加熱器上或其 附近，且后者工作以加熱元件并因此加熱衣物至一要求的程度。
衣物的可加熱元件可釆用多種形式。例如，可將感測線圈設(shè)置在特定衣物 上或內(nèi)嵌在其中?；蛘?，在該背景中可使用金屬材料的薄片。另一種可能性是 使用例如內(nèi)嵌在合成樹脂基體中的石墨的敏感材料。如果需要，衣物也可包括 保熱相變材料以充當(dāng)散熱器。通常，衣物包括與加熱元件關(guān)聯(lián)的溫度傳感器以及在加熱時(shí)限制元件最高 溫度的熱開關(guān)或熱熔絲。在尤佳的形式中，還提供無線閉環(huán)溫度反饋控制。例
如，衣物可包括可操作地耦合于溫度傳感器的RFID標(biāo)簽。在該實(shí)施例中，感 應(yīng)加熱器配有RFID天線和控制器，它們允許加熱器查詢RFID標(biāo)簽并接收源 自傳感器的溫度信息。該信息則用來至少部分地控制感應(yīng)加熱器的操作。照此， 可在一定范圍的要求溫度內(nèi)連續(xù)加熱可加熱元件。RFID溫度反饋控制記載于 美國專利6,320， 169和6,953,919中，這兩篇文獻(xiàn)以參考方式援引于此。 在其它實(shí)施例中，如美國專利申請2007/0263699所披露，微線溫度傳感器 用于衣物且感應(yīng)加熱器包括微線讀取器，該文獻(xiàn)以參考方式援引于此。同 樣，可采用美國專利申請S/N 11/496,683 (以參考方式援引于此)披露的 溫度控制方法。如美國專利No.6，232，585所述，也可采用阻抗檢測溫度反 饋系統(tǒng)，該文獻(xiàn)以參考方式援引于此。
在另一實(shí)施例中，可通過將感應(yīng)供電的電池充電組件提供給衣物而改 良靠電池供電、電阻加熱的衣物。該充電組件包括可工作地耦合于電池并 當(dāng)經(jīng)歷交變磁場時(shí)產(chǎn)生充電電流的感應(yīng)線圈。
本發(fā)明實(shí)質(zhì)上可用于人或動物穿著的所有類型衣物。例如，選自包括 鞋類、長襪、手套、帽子、褲子、裙子、夾克和外套的衣物均可使用本發(fā) 明的原理予以改善。
附圖簡述
圖l是一局部截面示意圖，并示出根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)加熱鞋，其中加熱組 件可從鞋拆下并位于鞋的感應(yīng)加熱器上；


圖1A是一局部截面示意圖，并示出根據(jù)本發(fā)明的感應(yīng)加熱鞋，其中加熱 和絕緣組件是鞋的永久部分；
圖2是沿圖1的線2-2剖切得到的局部垂直截面圖并示出鞋的腳趾區(qū)內(nèi)的 溫度傳感器；
圖3是沿圖1的線3-3剖切得到的局部垂直截面圖并示出鞋的后根區(qū)附近 的RFID標(biāo)簽；
圖4是包括感測線圈的鞋加熱組件的平面圖，其中在組件的后根區(qū)具有RPID標(biāo)簽和溫度傳感器；
圖5是包括感測線圈的鞋加熱組件的平面圖，其中RFID標(biāo)簽位于組件的 后根區(qū)而溫度傳感器位于組件的前端區(qū)；
圖6是包括感測線圈的鞋加熱組件的平面圖，其中RFID標(biāo)簽和溫度傳感 器位于組件的前端區(qū)；
圖7是包括感測線圈并設(shè)計(jì)成提供阻抗檢測溫度反饋的鞋加熱組件的平 面圖8是根據(jù)本發(fā)明且包括感測線圈加熱組件的可加熱手套的示意圖9是根據(jù)本發(fā)明且包括電池供電的電阻加熱組件和感應(yīng)電池充電組件 的可加熱手套的示意圖10是根據(jù)本發(fā)明的可加熱鞋襯的局部分解示意圖，其中鞋襯包括延伸 過鞋底和鞋襯上部感測線圈；
圖ll是包含石墨基體的鞋加熱組件的平面圖；以及
圖12是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)成感應(yīng)加熱鞋類的墊塊感應(yīng)加熱單元部分剖切 的立體圖。
較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明
現(xiàn)在參照附圖，感應(yīng)鞋類組件20示出于圖1、圖1A、圖2和圖3中并概 括地包括配有可感應(yīng)加熱的鞋內(nèi)襯24以及感應(yīng)加熱器26的鞋22。如圖所示， 鞋22沿某一方向位于加熱器26的頂上以如所將要描述的感應(yīng)加熱鞋襯24。
圖1中的鞋22本身完全是傳統(tǒng)的并包括鞋底28、后跟30和鞋面32。鞋 襯24被放置在鞋內(nèi)并可移除。圖1A中的鞋22使用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)但具有模制在鞋 底28和/或后根30內(nèi)的鞋襯24。由例如Aspen Aerogel的公司制造的一層例 如氣凝膠的熱絕緣體35被設(shè)置在鞋襯24下面。鞋襯24通過層35a完全密封 在鞋底28和/或后根30中?；蛘?，鞋襯24的頂部可覆蓋以由基于聚合物的材 料、皮革或通常用于鞋類的其它材料形成的單獨(dú)覆層35a。在任何一種情形下， 鞋襯24表現(xiàn)為模制本體34的形式，該模制本體34由合適的合成樹脂材料(例 如氨基甲酸乙酯、熱塑性聚亞胺酯、硅酮或其它彈性聚合物)形成并在其中具 有中央可加熱元件36。鞋襯或者可由耐熱織物材料形成，例如由科羅拉多州玻爾得市的Outlast科技有限公司供貨的那些材料，其中織物形成在包圍 中央可加熱元件36的層中。
本體34還包括混合在聚合物基體中的保熱相變材料，例如微囊密封的石 蠟。元件36可以是石墨薄片形式或適宜的鐵磁性金屬或混入本體34的石墨。 然而，元件36較佳為圖5所示的類型。概括地說，這種元件36包括由耐熱合 成樹脂(例如Kapton)形成的薄、平的基片38?；?8在其一個(gè)表面上支承 初級跡線42和次級跡線44形式的感測線圈40，其中初級跡線42和次級跡線 44由銅或其它合適的金屬材料形成。跡線42表現(xiàn)為一系列間隔開的匝并具有 內(nèi)端46和外端48。次級跡線44包括靠近外端48的段50并在基片38反面上 具有與內(nèi)端46相連的連接部分52。調(diào)諧電容54電連接于端部48和段50以完 成線圈40的電路。另外，傳統(tǒng)的熱開關(guān)56設(shè)置在初級跡線42中。該開關(guān)(較 佳為Portage電子產(chǎn)品公司供貨的P印i型N蠕變動作雙金屬熱保護(hù)器)被 設(shè)計(jì)成在預(yù)定的最大溫度下斷開線圈電路以防止元件36的不當(dāng)加熱。
元件36還包括在基片38后根區(qū)的RFID標(biāo)簽58以及位于基片38前端的 中央?yún)^(qū)內(nèi)的溫度傳感器60。合適的連接線或經(jīng)蝕刻的銅跡線62用來互連傳感 器60和RFID標(biāo)簽58。另外，單獨(dú)、完整的RFID標(biāo)簽組件和/或溫度傳感器 或者包含上述器件的組件(例如集成電路、天線跡線、溫度傳感器)可直接附 連于基片38。
感應(yīng)加熱器26包括耦合于交流電源66以將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的整流器 64。整流器64耦合于固態(tài)變流器68以將直流電轉(zhuǎn)換成超聲頻率電流(較佳為 大約20—100kHz)。變流器68耦合于感應(yīng)工作線圈70以向后者供電?；?微處理器的控制電路72也構(gòu)成加熱器26的一部分并具有可操作地耦合于變流 器68以對其進(jìn)行控制的微處理器74。電路72還控制其它加熱器的內(nèi)部功能和 用戶接口功能?？刂齐娐?2還包括耦合于微處理器74的電路參數(shù)傳感器以測 量關(guān)聯(lián)于或依賴于加熱器26在使用時(shí)經(jīng)受的負(fù)載的參數(shù)；在實(shí)踐中，這可以 是變流器68中的電流傳感器，該電流傳感器測量流過變流器的開關(guān)晶體管中 的一個(gè)的電流或可以是位于整流器64之前的一些點(diǎn)處的電流傳感器，用來測 量流過將商用電源66連接于整流器64的載流線的電流。加熱器26配有支承 板78，該支承板78如圖所示地位于工作線圈70上方并設(shè)計(jì)成支承鞋22。加熱器26還配有連接于微處理器74的RFID讀取器/寫入器80;這種連 接較佳地允許RS-232協(xié)議通信。較佳的讀取器/寫入器80是Tagsys的Medio P031。該單元具有串行TTL通信協(xié)議并能夠以高達(dá)9600波特的速率傳輸數(shù) 據(jù)。RFID天線82可操作地經(jīng)由合適的纜線耦合于讀取器/寫入器80并位于 鞋襯24的RFID標(biāo)簽58的下方。較佳的天線82由Tagsys公司供貨。加熱 器26也可包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘和備用電源(未示出)。微處理器74還可包括允 許用戶為加熱器26修改軟件控制算法的可再編程存儲器。
在使用中，用戶如圖l所示地將鞋22放置在加熱器26上，其中工作 線圈70直接位于元件36下方且RFID標(biāo)簽58位于天線82的磁場內(nèi)。然后 加熱器26開始工作，以使線圈70為加熱元件36 (尤其是其線圈40)產(chǎn)生 適當(dāng)頻率的交變磁場。具體地說，交變磁場將在由線圈40界定的諧振電路 中感應(yīng)出電流。該電流完全流過電路，即使是那些不在磁場附近的區(qū)域。 感應(yīng)出的電流通過線圈40的焦耳發(fā)熱而產(chǎn)生熱量。這使鞋襯24受熱并加 熱其中的保熱材料。在該加熱過程中，在溫度傳感器60、 RFID標(biāo)簽58、天 線82、讀取器/寫入器80和控制微處理器74之間建立閉環(huán)無線溫度反饋。 在加熱開始時(shí)，從RFID標(biāo)簽58檢取操作數(shù)據(jù)且該操作數(shù)據(jù)包括關(guān)于加熱 對象類型、最大工作加熱溫度和最大功率的操作數(shù)據(jù)。該信息利用該數(shù)據(jù) 使工作線圈70開始工作。在加熱過程中，對RFID標(biāo)簽58進(jìn)行周期性査詢 以獲得取自傳感器60的溫度信息。該信息由微處理器74使用以控制加熱 器26的操作，從而建立和維持感測線圈40中的適當(dāng)溫度。這種加熱和控 制記載于美國專利No. 6, 953， 919中，該文獻(xiàn)以參考方式援引于此。
當(dāng)然， 一旦鞋襯24被加熱至要求的溫度，鞋22為穿戴者提供長時(shí)間的溫 暖。由于本體34中的保熱相變材料，這種持久的溫暖在移去感應(yīng)加熱器后仍 然存在。
圖1的實(shí)施例可以多種方式變化而不脫離本發(fā)明的原理。首先，盡管鞋襯 24圖示為與鞋22分離，然而可感應(yīng)加熱的元件可在其制造過程中包含在鞋22 內(nèi)。另外，感應(yīng)加熱器26可采取若干形式。它可以是標(biāo)準(zhǔn)感應(yīng)爐灶面形狀(例 如CookTek C-1800)或標(biāo)準(zhǔn)浴室比例?；蛘撸刹捎没酒降?、便攜式充電 墊塊84 (見圖12)，這種墊塊84可落在底板或其它支承表面上。墊塊84包括上方和下方互連的彈性片或薄層86、 88。 一對鞋底形感應(yīng)工作線圈90、 92 被包夾在薄片86、88之間并具有可操作地耦合于接線盒98的連接引線94、96。 較佳地，RFID天線(未示出)位于線圈90、 92附近，這取決于加熱元件36 的相應(yīng)RFID標(biāo)簽58的位置。端接盒100 (較佳地為例如貨車技術(shù)智能AC瓦 特變流器的現(xiàn)有技術(shù)汽車變流器的形狀和結(jié)構(gòu))經(jīng)由同軸電纜102連接于接線 盒98。端接盒100容納結(jié)合加熱器26描述的這種感應(yīng)充電電路并可工作以對 工作線圈90、 92供電。端接盒100還具有設(shè)計(jì)成配合在DC汽車電源插座內(nèi) 的狹長電插塞104。上部薄片86具有一對鞋底輪廓106，它們各自圍住在其下 方的工作線圈90、 92。在使用充電墊塊84時(shí)，端接盒100的插頭104插入汽 車DC電源插座，且用戶將鞋22放在薄片86上的輪廓106內(nèi)。在加熱操作中， 如果需要可穿著鞋22，或簡單地將鞋22放置在墊塊84上。這樣加熱操作以圖 1實(shí)施例相同的方式開始或結(jié)束。
可對感應(yīng)加熱器26或墊塊84作出其它變形。例如，可將機(jī)械止動件附連 于加熱器或墊塊以使鞋22在理想位置對齊以使工作線圈70和90、 92以及鞋 襯24的關(guān)聯(lián)感測線圈之間傳遞的能量最大化。另外，加熱器24或墊塊84可 設(shè)計(jì)成不發(fā)熱，除非鞋22處于理想加熱位置。因此，能量傳遞不允許發(fā)生除 非且直到成功讀取加熱元件36的RFID標(biāo)簽，其中RFID標(biāo)簽直接對齊于RFID 天線上(并因此感測線圈對齊于感應(yīng)加熱器的工作線圈)是成功讀取所必需的。 也可采用功率監(jiān)視以確定鞋22正確地位于關(guān)聯(lián)的工作線圈上?？衫玫凸β?傳遞的判定以給予用戶視覺或聽覺提示以將鞋22移動至更為理想的充電位置。
感測線圈加熱元件36還可以多種方式修改。圖4和圖6 — 7示出示例性實(shí) 施例，其類似于圖5的設(shè)計(jì)。因此，參照圖5描述的同樣出現(xiàn)在圖4和圖6 — 7 中的部件用相同附圖標(biāo)記表示。參照圖4，元件108非常類似于圖5的元件36， 但它具有位于后根區(qū)的組合的RFID標(biāo)簽和溫度傳感器110。較佳地，標(biāo)簽和 傳感器直接連在一起，從而省去圖5的連接線或連接跡線62。圖6示出具有位 于傳感器元件前端區(qū)域內(nèi)的組合的RFID標(biāo)簽/溫度傳感器110。
最后，圖7示出不具有RFID標(biāo)簽或溫度傳感器的加熱元件114。該實(shí)施 例利用美國專利No. 6, 232， 585中記載的阻抗檢測溫度反饋控制系統(tǒng)。具體地 說，該溫度調(diào)整技術(shù)涉及關(guān)于構(gòu)成加熱裝置26或充電墊塊84的一部分的"空載"檢測器的阻抗閾值的調(diào)整。在這種方法中，當(dāng)負(fù)載阻抗不合適時(shí)意圖抑制 連續(xù)磁場產(chǎn)生的空載電路用于對可感應(yīng)加熱的加熱元件的溫度調(diào)整。
在許多磁感應(yīng)加熱裝置中，視為諧振電路外部負(fù)載的阻抗通過測量流過工
作線圈或從商用電源至變流器流過輸入AC線路的諧振電流的振幅而間接檢測
得到。多個(gè)諧振電路參數(shù)可用于這種檢測。不管是否測得精確的電路參數(shù)，每 個(gè)空載檢測系統(tǒng)最終對負(fù)載阻抗的閾值作出反應(yīng)，低于該閾值則中斷連續(xù)磁場 產(chǎn)生。在該技術(shù)中，加熱元件磁耦合于工作線圈并向加熱器的諧振電路提供以 可預(yù)知、可控制方式變化的阻抗，以使諧振電流(或流向整流器的電流)的振 幅一致地移動通過諧振電流閾值(或負(fù)載在同一溫度下的電流值)。當(dāng)這發(fā)生 時(shí)，加熱器的空載檢測器對工作線圈去激勵，由此消除磁場產(chǎn)生并因此中斷加 熱元件在與諧振電流振幅的閾值(或流至整流器的電流的閾值)對應(yīng)的溫度下 焦耳發(fā)熱。
圖11中示出又一種加熱元件116。在這種設(shè)計(jì)中，提供一種鞋底形狀的 合成樹脂本體118。該本體118由合適的合成樹脂材料形成并在樹脂基體內(nèi)具 有石墨微粒119。在替換形式中，將可感應(yīng)受熱的樹脂基體鐵磁性微?；虮∑?石墨材料代替微粒119。例如，其間具有保熱相變材料的可感應(yīng)發(fā)熱的層的多 層設(shè)計(jì)可用于如美國專利No. 6，657，170完整描述的背景中。本實(shí)施例也利 用美國專利公布No. 2007/0263699以及提交于2007年5月7日的S/N 11/745, 348和提交于2008年1月23日的S/N 12/018, 100待審美國專利申 請記載類型的微線溫度傳感器120，所有前述文獻(xiàn)均以參考方式援引于此。
具體地說，傳感器120包括至少一個(gè)，在本實(shí)施例中為支承在耐熱合 成樹脂基板124上的三個(gè)磁敏感微線122。微線122在施加的交變磁場的影 響下具有一種特征性再磁化響應(yīng)，該響應(yīng)是具有所定義的短持續(xù)時(shí)長的至 少一個(gè)短促可檢測的磁場擾動脈沖的形式，并且在低于和高于至少一個(gè)設(shè) 定點(diǎn)溫度是不同的，且優(yōu)選地在低于設(shè)定點(diǎn)溫度之下的小溫度范圍內(nèi)可檢 測到不同。每根微線122的設(shè)定點(diǎn)溫度較佳為其居里溫度或接近居里溫度 的溫度(一般在大約25'C內(nèi))。當(dāng)足夠大小的交變磁場施加于傳感器120 以造成所要求的再磁化響應(yīng)時(shí)，傳感器120以"溫度開關(guān)"的方式工作。 即，當(dāng)加熱元件116低于傳感器120的設(shè)定點(diǎn)溫度時(shí)，觀察到來自傳感器120的再磁化響應(yīng)；當(dāng)元件116到達(dá)或超過傳感器120的最大設(shè)定點(diǎn)溫度時(shí)，
不是沒有觀察到再磁化就是觀察到的響應(yīng)改變。該信息隨后用來控制元件
116的感應(yīng)加熱。
一般，如圖11所示，傳感器元件120利用多條微線122，每條微線具 有不同的設(shè)定點(diǎn)溫度。較佳地，多條微線被設(shè)計(jì)成具有連續(xù)的不同設(shè)定點(diǎn) 溫度，這些設(shè)定點(diǎn)溫度可從最低至最高變化并至少某種程度以均一方式變 化，以在所要求溫度的范圍內(nèi)監(jiān)視元件116的溫度。
為了更有效地利用微線溫度傳感器120，使用與傳感器元件相關(guān)的檢測 器。該檢測器一般具有產(chǎn)生足夠大小的交變磁場以查詢傳感器元件(即， 基于對象的溫度導(dǎo)致傳感器元件的再磁化響應(yīng))的裝置以及檢測該響應(yīng)的 裝置。在實(shí)踐中，檢測器具有磁場發(fā)生器線圈和磁場接收線圈，它們均耦 合于一個(gè)處理單元。在使用中，檢測器產(chǎn)生必要的交變磁場，而磁場接收 傳感器元件的再磁化響應(yīng)，發(fā)出輸出信號至信號處理單元。較佳以微處理 器形式出現(xiàn)的信號處理單元采用允許確定對象溫度的解碼算法。在較佳形 式中，解碼算法包括將傳感器元件的再磁化響應(yīng)與對象溫度關(guān)聯(lián)的一個(gè)或 多個(gè)査找表。在加熱器26的背景中，利用所描述的微線檢測器代替RFID 讀取器/寫入器80。
磁敏感微線122較佳地形成為無定形或納米結(jié)晶狀態(tài)的金屬體。該金 屬體較佳地以最大橫截面尺寸(例如直徑)高達(dá)約100nm的非常薄的細(xì)長 線或條帶形式出現(xiàn)并能以多種方式制成。金屬體的一種尤為合適形式是微 線形式，包括內(nèi)金屬芯和優(yōu)選的外玻璃覆層。這樣的微線可通過公知的 Taylor方法制成或制造成水鑄無定形體。
圖10示出具有下鞋底部128和互連的上部130的鞋襯126。鞋襯126 是模制的合成樹脂物體并具有含鞋底部分134和鞋面部分136的感測線圈 132。鞋底部分134包括初級金屬跡線138和次級跡線140。初級跡線138 具有內(nèi)端142和外端144。調(diào)諧電容146可操作地連接在端144和次級跡線 140之間，且溫度開關(guān)148設(shè)置在鞋底部分134。鞋面部分136包括跡線150， 該跡線150表現(xiàn)為通過上部130長度和寬度的線匝，包括其腳踝區(qū)和腳趾 區(qū)以及端子152、 154。為了完成感測線圈電路，連接器156、 158連接在次級跡線140和端子152之間、以及端子154和跡線內(nèi)端142之間。鞋襯126的鞋底部分134還設(shè)有與結(jié)合圖ll描述的那些相同的微線傳感器120。要注意，微線傳感器120可直接敷設(shè)在跡線138頂部以保持與跡線138的熱接觸，同時(shí)仍然能夠由加熱器26的微線檢測器檢測到。直接敷設(shè)在跡線上同時(shí)能可靠地讀出的這種能力是RFID標(biāo)簽/傳感器設(shè)計(jì)上的微線傳感器的優(yōu)點(diǎn)，其中RFID標(biāo)簽和RFID讀取器的通信受直接在標(biāo)簽和讀取器天線之間的導(dǎo)電材料或者從讀取器天線觀察直接位于RFID后方的導(dǎo)電材料的不利影響。本發(fā)明中微線溫度傳感器的優(yōu)點(diǎn)歸因于由于感測線圈132的鞋底部分134可延伸入傳感器120所處的區(qū)域內(nèi)，鞋襯126的鞋底部128的更多表面積可感應(yīng)受熱。
己結(jié)合鞋類的感應(yīng)加熱對本發(fā)明進(jìn)行了如上描述。然而，本發(fā)明不局限于鞋類，而實(shí)際上適用于任何種類的衣物。因此，圖8示出設(shè)計(jì)成傳感應(yīng)加熱的手套160。該手套160 —般為多層設(shè)計(jì)并具有位于內(nèi)層和外層之間的感應(yīng)加熱裝置。如圖8所示，提供的加熱組件162包括感測線圈164，該感測線圈164包括位于中間的、圓形初級部166和延伸通過手套160的手指和拇指區(qū)的次級部168。初級部166和次級部168互連以界定完整的線圈電路。溫度開關(guān)170被放入如圖所示的線圈電路。微線溫度傳感器120位于初級線圈部166附近并如上所述地提供溫度信息。傳感器120可直接位于完整線圈電路的一部分上以保持與其熱接觸，或位于要檢測和調(diào)整溫度的手套其它部分內(nèi)。如果需要，初級線圈部166和傳感器120可安裝在薄的、柔性的、耐熱的合成樹脂支承基片(未示出)上，或者這些組件可通過縫制或其它手段而設(shè)置在手套160中。此外，較佳地包括混入、編織入或以其它方式包含入手套各個(gè)層的保熱相變材料，從而通過從感應(yīng)加熱器至感測線圈164的熱傳遞能量而使熱能存儲于其中。
為了加熱手套160，手套被放置在磁感應(yīng)加熱器附近，其工作線圈靠近初級線圈部166。當(dāng)啟動加熱器時(shí)，交流磁場將引發(fā)感測線圈164的發(fā)熱電流。同樣，該電流將完全流過線圈164，包括初級部166和次級部168，其結(jié)果是整個(gè)手套160的焦耳加熱。較佳地，手套160中具有保熱相變材料以使熱能隨時(shí)間釋放以使佩戴者的手暖和。
15圖9示出一種衣物，在這里為手套172，該手套172設(shè)有傳統(tǒng)的電池供電的電阻加熱組件174以及感應(yīng)電池充電組件176。電阻加熱組件174包括在整個(gè)手套172沿手指、拇指及其手腕部分延伸的電阻線178;以及可再充電電池180和開關(guān)182。 一對電池引線183a和183b從電阻線178和開關(guān)182延伸至電池180的相反極。熱開關(guān)184如圖所示地位于電阻線178中。為了加熱手套172，開關(guān)182移動以閉合電池180和電阻線178之間的電路。當(dāng)加熱周期結(jié)束時(shí)，開關(guān)182移動至圖9所示的斷開位置。
電池充電組件176包括圓形感測線圈186，該感測線圈186具有通過引線190耦合于開關(guān)182的內(nèi)端188以及耦合于電池引線183a的外端192。線圈186具有如圖所示的調(diào)諧電容194。無線電池充電狀態(tài)傳感器196 (例如RFID標(biāo)簽或微線傳感器)可操作地連接于引線183a、 190并連接于開關(guān)182。
當(dāng)電池180如傳感器196指示那樣需要再充電，手套172被放置在合適配置的傳導(dǎo)加熱裝置附近，且開關(guān)182或者手動或者自動地移動至充電位置，通過線圈186、引線183a、電池180、引線183b、開關(guān)182和引線190形成完整的電路。 一旦激活加熱裝置，從傳感器196檢取操作數(shù)據(jù)，例如對象類型、最大再充電時(shí)間、理想工作電壓和最大功率傳遞。在本例中充當(dāng)再充電裝置的加熱裝置將使用這些檢取的參數(shù)來控制交變磁場的場強(qiáng)以為電池180產(chǎn)生合適的再充電條件。這是通過周期地監(jiān)視傳感器196以確定電池180的充電狀態(tài)而達(dá)成的。電池充電的發(fā)生歸因于產(chǎn)生在線圈186中并流過電池180的電流。通常，電池180或傳感器196包括當(dāng)再充電周期結(jié)束時(shí)終止充電的電路。這種感應(yīng)加熱器則檢測輸出能量的下降以通過無線方式檢測充電周期的結(jié)束，并此時(shí)加熱器的工作線圈去激勵。
如圖手套160，手套172也較佳地在手套的本體內(nèi)具有保熱相變材料，它在電池180充電其間被加熱。因此，手套172—戴上就提供長久的溫暖。另外，手動開關(guān)182的引入允許根據(jù)需要的加暖。
權(quán)利要求
1.一種適于穿戴的衣物，包括衣物本體；可操作地聯(lián)接于所述本體的可感應(yīng)加熱元件，所述元件當(dāng)受交變磁場作用時(shí)被加熱，從而為衣物的穿戴者提供溫暖；以及可操作地耦合于所述元件以在加熱所述元件時(shí)限制其溫度的裝置。
2. 如權(quán)利要求1所述的衣物，其特征在于，所述裝置包括與所述元件相 聯(lián)的溫度傳感器。
3. 如權(quán)利要求l所述的衣物，其特征在于，所述元件包括感測線圈。
4. 如權(quán)利要求3所述的衣物，其特征在于，所述感測線圈內(nèi)嵌在所述衣 物本體內(nèi)。
5. 如權(quán)利要求1所述的衣物，其特征在于，所述元件包括磁敏感材料的 基體。
6. 如權(quán)利要求5所述的衣物，其特征在于，所述材料包含石墨。
7. 如權(quán)利要求l所述的衣物，其特征在于，所述裝置包括RFID標(biāo)簽和可 操作地耦合于所述RFID標(biāo)簽的溫度傳感器。
8. 如權(quán)利要求7所述的衣物，其特征在于，所述溫度傳感器安裝在所述 RFID標(biāo)簽上。
9. 如權(quán)利要求7所述的衣物，其特征在于，所述溫度傳感器與所述RFID 標(biāo)簽隔開，在所述溫度傳感器和RFID標(biāo)簽之間具有電連接。
10. 如權(quán)利要求l所述的衣物，其特征在于，所述元件包括感測線圈，所 述裝置包括耦合于所述感測線圈并當(dāng)所述線圈加熱至預(yù)定的最大溫度時(shí)斷開 所述感測線圈的電路的熱開關(guān)。
11. 如權(quán)利要求l所述的衣物，其特征在于，所述衣物選自包括鞋類、長 襪、帽子、褲子、裙子、夾克和外套的組。
12. —種衣物組件，包括-具有衣物本體的衣物；可操作地聯(lián)接于所述本體的可感應(yīng)加熱元件，所述元件當(dāng)受交變磁場作用時(shí)被加熱，從而為衣物穿戴者提供溫暖；以及配置成位于所述元件附近并能夠產(chǎn)生交變磁場以加熱所述元件的感應(yīng)加熱器。
13. 如權(quán)利要求12所述的衣物組件，其特征在于，包括與所述元件可操作地耦合以在加熱所述元件時(shí)限制其溫度的裝置。
14. 如權(quán)利要求13所述的衣物組件，其特征在于，所述裝置包括溫度傳感器。
15. 如權(quán)利要求13所述的衣物組件，其特征在于，所述元件包括感測線圈。
16. 如權(quán)利要求15所述的衣物組件，其特征在于，所述感測線圈內(nèi)嵌在所述衣物本體中。
17. 如權(quán)利要求12所述的衣物組件，其特征在于，所述元件包括磁感應(yīng)材料的基體。
18. 如權(quán)利要求17所述的衣物組件，其特征在于，所述材料包含石墨。
19. 如權(quán)利要求12所述的衣物組件，其特征在于，所述裝置包括RFID標(biāo)簽以及可操作地耦合于所述RFID標(biāo)簽的溫度傳感器。
20. 如權(quán)利要求19所述的衣物組件，其特征在于，所述溫度傳感器安裝在所述RFID標(biāo)簽上。
21. 如權(quán)利要求19所述的衣物組件，其特征在于，所述溫度傳感器與所述RFID標(biāo)簽隔開，在所述溫度傳感器和RFID之間具有電連接。
22. 如權(quán)利要求13所述的衣物組件，其特征在于，所述裝置工作以在所述元件加熱期間控制其溫度。
23. 如權(quán)利要求22所述的衣物組件，其特征在于，所述裝置包括可操作地耦合于所述元件的溫度傳感器，以及將取自所述傳感器的溫度信息以無線方式發(fā)送給所述感應(yīng)加熱器的設(shè)備。
24. 如權(quán)利要求23所述的衣物組件，其特征在于，所述設(shè)備包括可操作地耦合于所述傳感器的RFID標(biāo)簽，所述感應(yīng)加熱器包括可操作地査詢所述RFID標(biāo)簽并從所述RFID標(biāo)簽接收所述溫度信息的天線。
25. 如權(quán)利要求24所述的衣物組件，其特征在于，所述感應(yīng)加熱器還包括耦合于所述天線并至少部分地響應(yīng)所述溫度信息來控制所述感應(yīng)加熱器的輸出的控制器。
26. 如權(quán)利要求23所述的衣物組件，其特征在于，所述設(shè)備包括微線溫度傳感器，所述感應(yīng)加熱器具有微線溫度傳感器讀取器。
27. 如權(quán)利要求23所述的衣物組件，其特征在于，所述設(shè)備包括阻抗檢測反饋控制系統(tǒng)。
28. 如權(quán)利要求12所述的衣物組件，其特征在于，所述衣物選自包括鞋類、長襪、手套、帽子、褲子、裙子、夾克和外套的組。
29. 如權(quán)利要求12所述的衣物組件，其特征在于，所述元件包括感測線圈，所述裝置包括可操作地耦合于所述感測線圈并當(dāng)所述線圈被加熱至預(yù)定的最大溫度時(shí)斷開所述感測線圈的電路的熱開關(guān)。
30. —種加熱衣物的方法，包括步驟提供包括衣物本體和可操作地關(guān)聯(lián)于所述本體的可感應(yīng)加熱元件的衣物，所述元件當(dāng)受交變磁場作用時(shí)被加熱，從而為衣物的穿戴者提供溫暖；以及將所述衣物放置在能夠產(chǎn)生交變磁場的感應(yīng)加熱器附近；以及使所述感應(yīng)加熱器工作以加熱所述元件。
31. 如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，包括步驟在所述元件的加熱過程中感測所述元件的溫度，并將取自所述感測步驟的溫度信息發(fā)送給所述感應(yīng)加熱器。
32. 如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，包括步驟響應(yīng)所述溫度信息至少部分地控制所述感應(yīng)加熱器的操作。
33. 如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，包括步驟將所述溫度信息以無線方式發(fā)送給所述感應(yīng)加熱器。
34. —種適于穿戴的衣物，包括衣物本體；聯(lián)接于所述衣物本體并包括電池和可操作地耦合于所述電池的電阻加熱電路的加熱組件，所述電池能夠?qū)λ鲭娐饭╇姴⒃谄渲挟a(chǎn)生電阻發(fā)熱；以及由所述衣物本體攜帶并可操作地耦合于所述電池以周期地對電池充電的電池充電組件，所述電池充電組件包括當(dāng)受交變磁場作用時(shí)產(chǎn)生充電電流的感應(yīng)線圈。
35. 如權(quán)利要求34所述的衣物，其特征在于，包括可操作地耦合于所述加熱組件以限制其溫度的裝置。
36. 如權(quán)利要求35所述的衣物，其特征在于，所述裝置包括在所述加熱電路中的熱開關(guān)。
37. 如權(quán)利要求34所述的衣物，其特征在于，包括電池充電狀態(tài)傳感器。
38. —種感應(yīng)加熱裝置，包括敷設(shè)在支承表面上的大致平坦的、墊塊狀本體；由所述本體攜帶的至少一個(gè)感應(yīng)工作線圈；以及可操作地耦合于所述工作線圈并與工作線圈配合以產(chǎn)生交變磁場的控制電路，從而感應(yīng)加熱安放在所述本體上并靠近所述工作線圈的對象。
39. 如權(quán)利要求38所述的裝置，其特征在于，所述控制電路設(shè)置在與所述本體分開的殼體中，存在將所述控制電路和所述工作線圈耦合的電連接。
40. 如權(quán)利要求38所述的裝置，其特征在于，所述裝置是便攜的。
41. 如權(quán)利要求38所述的裝置，其特征在于，所述本體包括互連的上、下層，所述工作線圈位于所述上層和下層之間。
42. 如權(quán)利要求38所述的裝置，其特征在于，包括由所述本體承載的第一工作線圈和第二工作線圈，所述控制電路可操作地耦合于兩個(gè)所述工作線圈。
43. 如權(quán)利要求42所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二工作線圈均大致呈鞋底形狀。
44. 如權(quán)利要求38所述的裝置，其特征在于，在所述本體的上表面包括標(biāo)記，所述標(biāo)記指示所述工作線圈的位置。
45. 如權(quán)利要求38所述的裝置，其特征在于，包括可操作地耦合于所述電路的電插頭，所述插頭與汽車電流源配合。
全文摘要
提供例如鞋類(22)和服裝(160)的可感應(yīng)加熱衣物，其包括衣物本體，該衣物本體具有可感應(yīng)加熱元件(36，108，112，114，116)并較佳地具有含相變材料的保熱材料，其中元件(36，108，112，114，116)當(dāng)受交變磁場作用時(shí)可加熱。使用感應(yīng)加熱器(26、84)對衣物(22、160)加熱。在較佳形式中，使用無線溫度感測控制對衣物(22、160)的加熱。為此，加熱元件(36，108，112，114，116)可設(shè)有RFID標(biāo)簽/溫度傳感器組件(58，60，110)，且感應(yīng)加熱器(26、84)配有相關(guān)的RFID讀取器/寫入器裝置(80)?；蛘?，可將微線溫度傳感器(120)與具有微線檢測器的感應(yīng)加熱器(26、84)一起使用。在其他實(shí)施例中，使用阻抗檢測反饋控制完成溫度監(jiān)控。
文檔編號A43B7/02GK101641027SQ200880009191
公開日2010年2月3日 申請日期2008年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月16日
發(fā)明者B·L·克洛希爾, M·J·伯克三世 申請人:熱溶體股份有限公司