飞机座椅内的感应电力传输的制作方法

本申请涉及并要求2014年4月7日提交的题为“INDUCTIVE POWER TRANSMISSION,AIRCRAFT CABIN INTERIORS”的美国临时申请序列No.61/976,452(“‘452申请”)、2014年12月18提交的题为“INDUCTION WIRELESS CHARGING INTEGRATED INTO A COMMERCIAL AIRCRAFT PASSENGER SEAT”的美国临时申请序列No.62/093,880(“‘880申请”)的优先权，所述申请的整体内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及结合到飞机座椅内的感应电力传输。

背景技术：

无线电力传递(“WPT”)或无线能量传输是将电能从电源传输到消耗装置，而不使用固体电线或导体。这是指代使用随时间变化的电磁场的许多不同电力传输技术的通用术语。无线传输在互连电线不便、危险或不可能的情况下用来为电装置供电。通常在无线电力传输中，连接到电源的传输装置通过居间空间上的电磁场将能量传输到一个或多个接收装置，在接收装置处，被转换成电力并得到利用。

无线电力技术分成两种类别，即非辐射和辐射。在近场或非辐射技术中，可使用线圈之间的感应耦合(也已知为感应电力传输)，使电力通过磁场短距离传递。通常，感应电力传输中，用作电源的电路产生馈送到第一组线圈的交流电流，其通过产生穿透其周围空间的交替磁场响应于交流电流。用作负载并包括第二组线圈的第二电路以如下方式放置，使得第二组线圈浸入第一电路产生的磁场内。通过产生电动力(EMF)，第二电路中的第二组线圈响应于交替磁场，继而可以在第二电路中产生电流，将电力从第一电路有效地传递到第二电路。第二电路上的附加电路可对交流电流进行整流，使得直流装置可以得到利用。如果第一电路(还已知为传输器)和第二电路(还已知为接收器)被调谐，使其彼此共振，可以实现更长的距离和更大的效率。

此种类型的应用是电刷充电器、RFID标签、智能卡和用于例如人工心脏起搏器的可植入医疗装置的充电器以及例如火车或汽车的电动车辆的感应供电或充电。近年来，已经开发了利用感应电力传输“IPT”(也已知为感应无线充电)的无线系统来为移动式和手持计算装置(诸如蜂窝电话、数字音乐播放器和便携式计算机)充电而不栓系到壁式插头。这些IPT装置当前在汽车/公共交通产业以及一些主要餐饮连锁中应用，允许人们将其缆线和充电器留在家中。

随着飞机内部继续集成电子装置，并且变得与乘客所携带的个人电子装置(“PED”)更加相容，IPT赋予在飞机舱室内操作这些PED的机会，而不受到电力线的困扰，并且为安装在铰接部件上的装置提供更牢靠的电力供应系统的方式。除了直接为PED供电之外，IPT可用来为容纳电池的装置提供充电站，而不管它们集成到舱室还是乘客的PED内。

特别是，IPT针对无线充电的其他形式提供了有利替代，这些其他方式需要使用者改变装置内的电池组或附接无吸引力/碍事的充电箱以便为装置传导充电(即在充电器和需要充电的装置之间形成金属-金属连接)。这些传导充电站在飞机中是不希望的，因为暴露于多种因素，诸如飞溅的饮料、外界碎屑等。相比之下，IPT可与定位在充电器和需要充电的装置之间的多种表面、轮廓和材料一起使用。因此，IPT是集成在飞机座椅结构内的不同部件内的良好备选。

总体上，采用IPT的缺陷在于缺少一致的充电标准。当前，存在三种主要的移动行业支持的充电标准：Qi，由无线充电协会(“WPC”)支持，Rezence由无线电力联盟(“A4WP”)支持，以及Powermat，由电力事务联盟(“PMA”)支持。在2015年1月，A4WP和PMA宣布两个组织将合并成一个新组织，意图巩固该行业。

Qi是由WPC开发的接口标准，用于基于共振感应耦合在多达4cm(1.6英寸)的距离上进行感应电力传递。它包括位于便携装置内的电力传输垫和相容的接收器。低功率输送多达5W(通常用来为移动式装置充电)，中等功率输送多达120W(通常用来为显示器和膝上装置供电)，并且高功率输送多达1KW，允许为厨房设施等供电。

尤其是，飞机中采用IPT的一些具体缺陷涉及在没有需要充电的装置时浪费电力消耗、使锂离子电池过热和过度充电。IPT印刷电路板(“PCB”)技术的最近发展通过包括在金属物体(诸如饮料罐、钥匙、内置于飞机部件的金属热传递元件)和PED之间进行识别来使得电力传递只在PED存在时开始的技术已经解决了这些问题中的许多问题。另外，IPT PCB具有在PED的温度超过阈值(诸如60℃)时防止电力传递的能力。IPT PCB还具有检测充电容量并在PED的充电容量达到98％时终止电力传递的能力。通过这些改进，IPT技术最近通过FAA核准可以总体包含在飞机内。

因此，由于最近FAA的核准，希望对于飞机乘客座椅进行设计，使得IPT技术通过座椅部件的多种改进而结合在有助于PED无线充电的位置，而没有不利影响制造成本、材料成本和/或这种座椅的安装和使用。

技术实现要素：

此专利中使用的术语“发明”、“该发明”、“此发明”和“本发明”旨在广泛指代下面的此专利和专利权利要求的所有主题。包含这些术语的陈述应该理解为不限制这里描述的主题或限制下面的专利权利要求的含义或范围。此专利覆盖的本发明的实施方式通过下面的权利要求限定，而不是通过此发明内容限定。此发明内容是本发明的多个方面的高度概括，并介绍下面具体实施方式中进一步描述的一些概念。此发明内容不意图识别所要求保护的主题的关键或重要特征，也不意图单独地用来确定所要求保护的主题的范围。该主题应该通过参照此专利的整个说明书的适当部分、任何或所有附图和每个权利要求来理解。

根据本发明的某些实施方式，一种飞机乘客座椅组件包括乘客座椅、包括邻近乘客座椅定位的外表面的部件和包括线圈组件的感应无线电力单元，其中线圈组件定位在部件内，其中部件的外表面的一部分覆盖线圈组件，并且其中将线圈组件连接到电力供应源的电线在飞机乘客座椅组件内隐藏而看不到。

在一些实施方式中，部件是围绕乘客座椅的壳体、头枕、扶手和鸡尾酒托盘中的至少一种。感应无线电力单元还可包括定位在乘客座椅内的印刷电路板。

在某些实施方式中，外表面的覆盖线圈组件的部分由非金属材料形成。外表面的覆盖线圈组件的部分可以与外表面的剩余部分一体形成和/或可以联接到外表面的剩余部分。

在某些实施方式中，感应无线电力单元被构造成使得线圈组件为具有定位在离开线圈组件9mm-35mm距离处的第二线圈组件的个人电子装置充电。

根据本发明的某些实施方式，一种飞机乘客座椅系统包括具有外护罩的乘客座椅靠背和包括线圈组件的感应无线电力单元，其中线圈组件定位在乘客座椅靠背内，其中外护罩的一部分覆盖线圈组件，并且其中将线圈组件连接到电力供应源的电线在乘客座椅靠背内隐藏而看不到。

在某些实施方式中，感应无线电力单元还包括定位在乘客座椅靠背内的印刷电路板。

在某些实施方式中，外护罩的覆盖线圈组件的部分由非金属材料形成。外护罩的覆盖线圈组件的部分可以与外护罩的剩余部分一体形成和/或可以联接到外护罩的剩余部分。

根据一些实施方式，线圈组件可定位在上部文献袋、下部文献袋和/或用于托盘台的收纳位置后面。在一些实施方式中，第二线圈组件在托盘台位于收纳位置时在紧邻线圈组件的位置定位在托盘台内。在一些实施方式中，托盘台包括电子阅读器。

根据本发明的某些实施方式，一种飞机乘客座椅组件包括具有外护罩和枢转地联接到飞机乘客座椅组件的托盘台臂的托盘台和包括线圈组件的感应无线电力单元，其中线圈组件定位在托盘台内，其中外护罩的一部分覆盖线圈组件，并且其中将线圈组件连接到电力供应源的电线沿着至少一个托盘台臂隐藏而看不到。

在某些实施方式中，感应无线电力单元还包括定位在飞机乘客座椅组件内的印刷电路板。

在某些实施方式中，外护罩的覆盖线圈组件的部分由非金属材料形成。外护罩的覆盖线圈组件的部分可以与外护罩的剩余部分一体形成和/或可以联接到外护罩的剩余部分。

在一些实施方式中，电线穿过定位在一个臂内的中空芯和/或沿着一个臂的外表面排布。

附图说明

图1是根据本发明的某些实施方式定位在托盘台内的感应无线电力单元的图示，其中个人电子装置紧邻感应无线电力单元定位，使得个人电子装置内的电池被充电。

图2是根据本发明的某些实施方式的托盘台的顶视图，其中电力位置(power location)定位在感应无线电力单元的线圈组件的上方。

图3是图2的托盘台的局部视图，示出穿过托盘台的主体排布的电线的位置。

图4是图2的托盘台的局部视图，其中托盘的一部分折叠到收纳位置，以更好示出穿过托盘台的主体排布的电线的位置。

图5是图2的托盘台的局部视图，示出托盘台臂的一部分和沿着托盘台臂的外表面排布的电线的位置。

图6是图5的托盘台臂以及沿着托盘台臂的外表面排布并通过护罩覆盖的电线位置(直到电线到达乘客座椅)的局部视图。

图7是根据本发明某些实施方式的飞机乘客座椅排的前视图，指示头枕内的感应无线电力单元的位置。

图8是根据本发明的某些实施方式的飞机乘客座椅排的后视图，指示上部文献袋后部的座椅靠背内的感应无线电力单元的位置。

图9是根据本发明的某些实施方式的飞机乘客座椅排的后视图，指示托盘台后部的座椅靠背内或托盘台内的感应无线电力单元的位置。

图10是根据本发明的某些实施方式的飞机乘客座椅排的后视图，指示下部文献袋后部的座椅靠背内的感应无线电力单元的位置。

图11是根据本发明的某些实施方式的飞机乘客座椅排的后视图，指示托盘台内的电子阅读器的位置。

图12是根据本发明的某些实施方式的托盘台臂的透视图，其具有定位在托盘台臂的枢转位置内的感应无线电力单元。

图13是图12的托盘台臂的分解视图。

图14是图12的托盘台臂的局部组装视图。

图15是根据本发明的某些实施方式定位在乘客座椅靠背内的感应无线电力单元、定位在托盘台内的电子阅读器和线圈组件，其中托盘台位于局部部署位置。

图16是图15的感应无线电力单元和电子阅读器和线圈组件的侧视图，其中托盘台位于收纳位置。

具体实施方式

这里具体描述本发明的实施方式的主题以满足法律规定，但是这种描述不必意图限制权利要求的范围。所要求保护的主题可以其他方式体现，可包括不同的元件或步骤，并可以与其他现有或将来的技术结合使用。这种描述不应该解释为在多个步骤或元件中或之间隐含任何特定顺序或配置，除非明确描述了单个步骤的顺序或元件配置。

根据本发明的某些实施方式，飞机乘客座椅组件10可包括至少一个IPT单元12。IPT单元12通常包括第一金属线圈组件14和PCB16。电流被供应到线圈组件14，通常是小于200mA的幅值，产生交流电磁场。在包含第二金属线圈组件20的PED 18紧邻线圈组件14定位并与其对准时(如图1所示)，通过产生电动力EMF，线圈组件20响应于交替电磁场，继而产生为PED 18内的电池充电的电流。对于没有具有IPT能力的电池的装置，可以使用附接软件保护器(dongle)来提供必要的IPT部件来如同具有IPT能力的装置那样为装置充电。在某些实施方式中，IPT单元12可在这些装置适当邻近IPT单元12放置时直接为装置供电。

在这些部件以特别方式组装且PCB 16被适当编程时，IPT单元12将具有在一定范围内通过多种材料为装置感应充电的能力，允许充电到一定极限，并且适当识别合格的充电系统。

在某些实施方式中，如图1-6和9所示，IPT单元12可集成在托盘台24(前或后)的外护罩22之间，其中PCB 16和线圈组件14定位在托盘台24内。在其他实施方式中，线圈组件14可定位在托盘台24内，而PCB 16可定位在托盘台24外部，并定位在座椅靠背34内或在不明显位置定位在乘客座椅10下方。例如，PCB 16可定位在电力供应源28附近或内部或定位在乘客座椅10下方的飞行途中娱乐(“IFE”)箱30附近或内部，特别是因为IPT单元12连接到这些单元28、30中的一个，从而为线圈组件14提供电流。

在这些实施方式中，托盘台24的外护罩22中的一个的一部分42可以标记有电力位置44。电力位置44可以被构造成指示将PED 18定位在电力位置44上的位置和方向，使得PED 18内的线圈组件20相对于托盘台24内的线圈组件14适当对准，以确保电力传递到PED18。

由于IPT单元12和PED 18之间的距离也是影响充电效率的关键因素(特别是在低功率传输时)，电力位置44可以被构造成使得线圈组件14和第二线圈组件20之间的距离在41mm-60mm之间，同时也能实现至少80％的充电效率。在进一步的实施方式中，为了进一步将充电效率改善到80％以上，电力位置44可以被构造成使得线圈组件14和第二线圈组件20之间的距离在35mm-41mm之间，并可以进一步被构造成使得该距离在9mm-35mm之间，并且可以进一步被构造成使得该距离为9mm或更小。

另外，电力位置44由不妨碍或干扰充电的材料形成，其包括但不局限于非金属材料，包括但不局限于勒克森(lexan)、聚碳酸酯或其他适当的塑料和合成材料、织造和非织造织物材料或其他适当材料。在某些实施方式中，外护罩22的其他部分(不覆盖线圈组件14)可具有超过适用于覆盖电力位置44的最大厚度的厚度和/或通过金属片或会妨碍或通过其他方式干扰充电的其他材料(如果定位在线圈组件14上方)加强，但是需要确保托盘台24能够经受乘客的普通和重复使用。

在这种情况下，可以使用减小电力位置44的厚度和/或为电力位置44的形状赋予必要标识的模具，使得电力位置44与外护罩一体形成。可以在电力位置44和线圈14之间使用具有更大强度特性的材料薄层，使得电力位置44得以加强，以确保电力位置44不由于乘客的重复使用和普通磨损和撕裂而损坏。

另外，在某些实施方式中，电力位置44可以是单独形成的单元，其附接到一个外护罩22的切口位置。通过单独形成电力位置44，可以使用更强(且可能更昂贵)的材料来形成电力位置44，以确保更薄的材料能够经受重复使用，同时具有使用标准(且可能不太昂贵)的材料以形成护罩22的剩余部分的选项，因此避免托盘台24的总体成本的任何不必要的增加。

需要电线46来将电流提供到IPT单元12和/或将PCB 16连接到线圈组件14。在托盘台24内，如图1-6所示，这些电线46可以穿过托盘台24并接着穿过或沿着托盘台臂48排布，进入座椅靠背34，以达到电力供应源28和/或IFE箱30(和PCB 16，如果它与线圈组件14分离)。为了在使用托盘台24的同时隐藏电线46，一个或两个托盘台臂48可包括中空芯，以允许电线46馈送穿过它们，一直到座椅靠背34。在其他实施方式中，电线46可经由覆盖托盘台臂48和电线46中的一者或两者的塑料护罩50隐藏。

在其他实施方式中，如图8、10-11和15-16所示，IPT单元12可集成在座椅靠背34内。在这些实施方式中，PCB 16可沿着座椅靠背34的长度和宽度定位在任何地方和/或位于定位在电力供应源28或IFE箱30附近或内部的乘客座椅10的下方。一个或多个线圈组件14可定位在座椅靠背34内的任何特定位置，此处可以为PED 18充电。

在这些实施方式中，座椅靠背34的外护罩50可以标记有电力位置44。如以上相对于托盘台24描述，电力位置44可被构造成指示用于将PED 18定位在电力位置44上的位置和方向，使得PED 18内的线圈组件20相对于托盘台24内的线圈组件14适当对准，从而确保电力传递到PED 18。由于电力位置44在这些实施方式中是大致竖直的，会需要使PED 18保持到电力位置44的机构。例如，如图8所示，电力位置44可以定位在上部文献袋36后面，使得PED 18可以在位于可接受的观察位置的同时充电。如图10所示，IPT单元12也可定位在下部文献袋38内。在另外其他实施方式中，电力位置44可定位在座椅靠背34和/或周围座椅壳体内的任何其他适当位置或区域内。

由于IPT单元12和PED 18之间的距离也是影响充电效率(特别是在低功率传输时)的关键因素，电力位置44可被构造成使得线圈组件14和第二线圈组件20之间的距离在41mm-60mm之间，同时也能实现至少80％的充电效率。在进一步的实施方式中，为了进一步将充电效率改善到80％以上，电力位置44可被构造成使得线圈组件14和第二线圈组件20之间的距离在35mm-41mm之间，并且可以进一步构造成使得该距离在9mm-35mm之间，并且可进一步被构造成使得该距离为9mm或更小。

在某些实施方式中，外护罩50的其他部分(没有覆盖线圈组件14)可具有超过适用于覆盖电力位置44的最大厚度的厚度和/或可以通过金属片材或会影响或通过其他方式干扰充电(如果定位在线圈组件14的上方)的其他材料加强，但是这会需要确保座椅靠背34能够经受乘客的普通和重复使用。

在这种情况下，可以使用减小电力位置44的厚度和/或为电力位置44的形状赋予必要标识的模具，使得电力位置44与外护罩50一体形成。可以在电力位置44和线圈14之间使用更强材料的薄层，使得电力位置44得以加强，以确保电力位置44不由于乘客的重复使用和普通磨损和撕裂而损坏。

另外，在某些实施方式中，电力位置44可以是单独形成的单元，其附接到外护罩50中的切口位置。通过单独形成电力位置44，可以使用更强(且可能更昂贵)的材料来形成电力位置44，以确保更薄的材料能够经受重复使用，同时也能够使用标准(且可能不太昂贵)的材料以形成外护罩50的剩余部分，因此避免座椅靠背34的总体成本的任何不必要的增加。

由于IPT单元12定位在座椅靠背34内部，不太需要注重隐藏为IPT单元12提供电流和/或将PCB 16连接到线圈组件14的电线46。相反，电线46通过座椅靠背34隐藏而看不到。

如图7所示，IPT单元12也可结合到经济舱、头等舱和/或商务舱乘客座椅10的其他区域，诸如头枕32，从而为新形式的IFE设备充电和/或在乘客座椅10内就座的乘客佩戴的同时为无线耳机充电。用于IPT单元12的其他适当位置包括鸡尾酒托盘、中央控制台、末端开间、座椅壳体或形成在乘客座椅10或周围壳体或标志物内的其他区域。IPT单元12的尺寸也可减小以适应乘客座椅10内的较小空间，诸如扶手40或鸡尾酒托盘或其他较小尺寸控制台。

在每种情况下，整个IPT单元12可定位在各自位置上，或者仅仅线圈组件14可定位在各自位置上并连接到PCB 16，PCB 16定位在座椅靠背34内或在电力供应源28或IFE箱30内部或附近的乘客座椅10下方。

由于IPT单元12和PED 18之间的距离也是影响充电效率(特别是在低功率传输时)的关键因素，电力位置44可以被构造成使得线圈组件14和第二线圈组件20之间的距离在41mm-60mm之间，同时也能实现至少80％的充电效率。在进一步的实施方式中，为了进一步将充电效率改进到80％以上，电力位置44也可被构造成使得线圈组件14和第二线圈组件20之间的距离在35mm-41mm之间，并可以进一步被构造成使得该距离在9mm-35mm之间，并可进一步被构造成使得该距离为9mm或更小。

同样，如上所述，在这些电力位置44的每个内，定位在线圈组件14和PED 18之间的材料可以由不影响或干涉充电的材料形成。这些电力位置44可以与周围的外层一体形成(在必要厚度处和/或通过适当的强材料加强)，或者可以是单独形成的单元，其附接到外层的切口位置。例如，相对于头枕位置，定位在线圈组件14上方的材料可包括头枕织物和/或可包括保护线圈组件14和/或为乘客头部相对于线圈组件14提供缓冲的附加缓冲物。

在某些实施方式中，如图15-16所示，IPT单元12可以定位在座椅靠背34内并用来为定位在托盘台24内的电子阅读器52充电。在这些实施方式中，电子阅读器52包括定位在护罩22的适当薄部分下方的线圈组件20，并且线圈组件14定位在外护罩50内的切口位置内，使得线圈组件14定位成在托盘台24位于收纳位置时尽可能靠近线圈组件20，以便为电子阅读器52有效充电。PCB 16识别线圈组件20何时紧邻线圈组件14，并且开始充电，如图16所示。PCB 16还识别电子阅读器52的电池何时充电到98％和/或超过60℃，并且在存在任一条件时断开充电。PCB 16还在其检测到线圈组件20没有紧邻线圈组件14时断开充电，如图15所示。

在电子阅读器52的其他实施方式中，IPT单元12可以定位在托盘台臂48的枢转位置54，如图12-14所示。在这些实施方式中，电线46可定位在托盘台臂48的下部56内，并连接到定位在枢转位置54的线圈组件14。线圈组件20在枢转位置54处紧邻线圈组件14定位，并附接到托盘台臂48的上部58。附加电线46将线圈组件20连接到托盘台24内的电子阅读器52。在这些实施方式中，线圈组件14、20在托盘台24部署和收纳时彼此紧邻保持，因此为电子阅读器52提供连续充电和/或连续电力，而没有穿过铰接枢转位置54排布电线46的问题。

附图描绘或以上描述的部件的不同配置以及未示出或描述的部件和步骤也是可能的。类似地，一些特征和子组合是有利的，并且可在不参照其他特征和子组合的情况下采用。出于说明和非限制目的描述了本发明的实施方式，此专利的读者将明白替代的实施方式。因此，本发明不局限于以上描述或附图描绘的实施方式，并且可以在不偏离权利要求的范围的情况下进行多种实施方式和变型。