DE102008008899A1

DE102008008899A1 - Charger with homogeneous magnetic field

Info

Publication number: DE102008008899A1
Application number: DE102008008899A
Authority: DE
Inventors: Mihail Boguslavskij; Uwe Rass
Original assignee: Siemens Medical Instruments Pte Ltd
Current assignee: Sivantos Pte Ltd
Priority date: 2008-02-13
Filing date: 2008-02-13
Publication date: 2009-08-27
Also published as: WO2009100981A1

Abstract

Der Wirkungsgrad eines induktiven Ladegeräts für eine Hörvorrichtung und insbesondere für ein Hörgerät soll verbessert werden. Hierzu ist ein Ladegerät mit einem ersten Magnetelement (13), das eine erste Durchtrittsfläche für magnetischen Fluss aufweist, und ein zweites Magnetelement (14), das eine zweite Durchtrittsfläche für den magnetischen Fluss aufweist, vorgesehen. Ein Luftspalt (15) ist zwischen den beiden Durchtrittsflächen gebildet, der von dem magnetischen Fluss durchdrungen wird und in den eine Sekundärspule (11) der Hörvorrichtung einführbar ist. Dadurch lässt sich die Magnetfeldstärke in der Sekundärspule (11) gegenüber dem Fall des Ladens mit nur einer einzigen Primärspule verstärken. Alternativ kann der Luftspalt auch in einem ringförmigen Kern gebildet sein.The efficiency of an inductive charger for a hearing device and in particular for a hearing aid is to be improved. For this purpose, a charging device is provided with a first magnetic element (13) which has a first passage surface for magnetic flux, and a second magnet element (14) which has a second passage surface for the magnetic flux. An air gap (15) is formed between the two passage surfaces, which is penetrated by the magnetic flux and in which a secondary coil (11) of the hearing device is insertable. As a result, the magnetic field strength in the secondary coil (11) can be increased with respect to the case of charging with only a single primary coil. Alternatively, the air gap may also be formed in an annular core.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ladegerät für eine Hörvorrichtung zum induktiven Laden mit einem Magnetelement, das eine bestimmte Durchtrittsfläche für magnetischen Fluss aufweist. Unter dem Begriff Hörvorrichtung wird hier jedes im oder am Ohr tragbare, schallausgebende Gerät, insbesondere ein Hörgerät, ein Headset, Kopfhörer und dergleichen verstanden.The The present invention relates to a charging device for a hearing device for inductive Charge with a magnetic element that has a specific passage area for magnetic River has. The term hearing device here is any in or on the ear portable, sound-emitting device, in particular a hearing aid, a headset, headphone and the like understood.

Hörgeräte sind tragbare Hörvorrichtungen, die zur Versorgung von Schwerhörenden dienen. Um den zahlreichen individuellen Bedürfnissen entgegenzukommen, werden unterschiedliche Bauformen von Hörgeräten wie Hinter-dem-Ohr-Hörgeräte (HdO), Hörgerät mit externem Hörer (RIC: receiver in the canal) und In-dem-Ohr-Hörgeräte (Ido), z. B. auch Concha-Hörgeräte oder Kanal-Hörgeräte (ITE, CIC), bereitgestellt. Die beispielhaft aufgeführten Hörgeräte werden am Außenohr oder im Gehörgang getragen. Darüber hinaus stehen auf dem Markt aber auch Knochenleitungshörhilfen, implantierbare oder vibrotaktile Hörhilfen zur Verfügung. Dabei erfolgt die Stimulation des geschädigten Gehörs entweder mechanisch oder elektrisch.Hearing aids are portable hearing aids that for the care of the hearing impaired serve. To meet the numerous individual needs, are different types of hearing aids such as behind-the-ear hearing aids (BTE), Hearing aid with external Listener (RIC: receiver in the canal) and in-the-ear hearing aids (Ido), z. B. Concha hearing aids or Channel hearing aids (ITE, CIC), provided. The hearing aids listed by way of example are on the outer ear or worn in the ear canal. About that In addition, there are bone conduction hearing aids on the market, implantable or vibrotactile hearing aids available. there the stimulation of the damaged hearing is either mechanical or electric.

Hörgeräte besitzen prinzipiell als wesentliche Komponenten einen Eingangswandler, einen Verstärker und einen Ausgangswandler. Der Eingangswandler ist in der Regel ein Schallempfänger, z. B. ein Mikrofon, und/oder ein elektromagnetischer Empfänger, z. B. eine Induktionsspule. Der Ausgangswandler ist meist als elektroakustischer Wandler, z. B. Miniaturlautsprecher, oder als elektromechanischer Wandler, z. B. Knochenleitungshörer, realisiert. Der Verstärker ist üblicherweise in eine Signalverarbeitungseinheit integriert. Dieser prinzipielle Aufbau ist in 1 am Beispiel eines Hinterdem-Ohr-Hörgeräts dargestellt. In ein Hörgerätegehäuse 1 zum Tragen hinter dem Ohr sind ein oder mehrere Mikrofone 2 zur Aufnahme des Schalls aus der Umgebung eingebaut. Eine Signal verarbeitungseinheit 3, die ebenfalls in das Hörgerätegehäuse 1 integriert ist, verarbeitet die Mikrofonsignale und verstärkt sie. Das Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinheit 3 wird an einen Lautsprecher bzw. Hörer 4 übertragen, der ein akustisches Signal ausgibt. Der Schall wird gegebenenfalls über einen Schallschlauch, der mit einer Otoplastik im Gehörgang fixiert ist, zum Trommelfell des Geräteträgers übertragen. Die Energieversorgung des Hörgeräts und insbesondere die der Signalverarbeitungseinheit 3 erfolgt durch eine ebenfalls ins Hörgerätegehäuse 1 integrierte Batterie 5.Hearing aids have in principle as essential components an input transducer, an amplifier and an output transducer. The input transducer is usually a sound receiver, z. As a microphone, and / or an electromagnetic receiver, for. B. an induction coil. The output transducer is usually used as an electroacoustic transducer, z. As miniature speaker, or as an electromechanical transducer, z. B. bone conduction, realized. The amplifier is usually integrated in a signal processing unit. This basic structure is in 1 illustrated by the example of a behind-the-ear hearing aid. In a hearing aid housing 1 To carry behind the ear are one or more microphones 2 built-in for recording the sound from the environment. A signal processing unit 3 also in the hearing aid housing 1 is integrated, processes the microphone signals and amplifies them. The output signal of the signal processing unit 3 goes to a speaker or listener 4 transmitted, which emits an acoustic signal. The sound is optionally transmitted via a sound tube, which is fixed with an earmold in the ear canal, to the eardrum of the device carrier. The power supply of the hearing aid and in particular the signal processing unit 3 done by a likewise in the hearing aid housing 1 integrated battery 5 ,

Werden Hörgeräte mit wiederaufladbaren Akkumulatoren versehen, so ist ihnen in regelmäßigen Abständen elektrische Energie zuzuführen. Die Zufuhr elektrischer Energie über galvanische Kontakte wird vielfach als negativ angesehen, da die Kontakte am Hörgerät entweder von außen leicht zugänglich und meist nicht potentialfrei sind oder aufwändig geschützt werden müssen. Daher werden als Alternative vielfach induktive Ladeverfahren angeboten.Become Hearing aids with rechargeable accumulators provided they are electrical at regular intervals To supply energy. The supply of electrical energy over Galvanic contacts is often regarded as negative, as the Contacts on the hearing aid either from the outside easily accessible and are usually not potential-free or expensive to protect. Therefore are offered as an alternative many times inductive charging.

Die induktiven Ladeverfahren sind bezüglich Effektivität den drahtgebundenen Ladesystemen gegenüber prinzipbedingt benachteiligt. Dies ergibt sich aus der magnetischen Kopplung zwischen Primär- und Sekundärspule, die ungleich eins, d. h. nicht ideal ist. Der Grund hierfür ist das so genannte Streufeld, nämlich die Feldlinien, die von der Primärspule erzeugt werden, die Fläche der Sekundärspule aber nicht durchdringen. Neben verringerter Effektivität führen Streufelder auch zu einer erhöhten elektromagnetischen Abstrahlung aus dem Ladegerät. Um den Wirkungsgrad induktiver Ladeverfahren zu erhöhen, wurde bislang vorgeschlagen, die Kopplung zwischen der Primär- und der Sekundärspule durch geeignete geometrische Anordnung zu maximieren. So ist z. B. bei den meisten elektrischen Zahnbürsten die Primärspule innerhalb der Sekundärspule in der gleichen Ebene platziert. Damit ist gewährleistet, dass alle Feldlinien die Sekundärspule kreuzen. Bei anderen Ladegeräten mit Planarspulen werden Ferritkerne verwendet, die Magnetlinien führen und Streufelder minimieren.The inductive charging methods are wired in terms of effectiveness Charging systems opposite inherently disadvantaged. This results from the magnetic Coupling between primary and Secondary coil the unequal one, d. H. not ideal. The reason is that so-called stray field, namely the field lines generated by the primary coil be, the area the secondary coil but not penetrate. In addition to reduced efficiency lead stray fields also to an increased electromagnetic radiation from the charger. To the efficiency of inductive Charging method was increased So far, the coupling between the primary and the secondary coil to maximize by appropriate geometric arrangement. So z. As in most electric toothbrushes, the primary coil within the secondary coil placed in the same plane. This ensures that all field lines the secondary coil cross. For other chargers Planar coils use ferrite cores, the magnetic lines to lead and minimize stray fields.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Ladegerät für Hörvorrichtungen bereitzustellen, das einen erhöhten Ladewirkungsgrad gewährleistet.The The object of the present invention is therefore to provide a charger for hearing devices, the one increased Guaranteed charging efficiency.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Ladegerät für eine Hörvorrichtung mit einem ersten Magnetelement, das eine erste Durchtrittsfläche für magnetischen Fluss aufweist, sowie umfassend ein zweites Magnetelement das eine zweite Durchtrittsfläche für den magnetischen Fluss aufweist, und einen Luftspalt zwischen den beiden Durchtrittsflächen, der von dem magnetischen Fluss durchdrungen wird, und in den eine Sekundärspule der Hörvorrichtung einführbar ist.According to the invention this Task solved by a charger for one hearing with a first magnetic element having a first passage area for magnetic Flow, and comprising a second magnetic element having a second Passage area for the magnetic flux, and an air gap between the two passage surfaces, the is penetrated by the magnetic flux, and in which a secondary coil of the hearing insertable is.

Günstigerweise kann durch die beiden Magnetelemente der magnetische Fluss im Luftspalt und damit in der Sekundärspule bzw. Ladespule einer Hörvorrichtung konzentriert werden, so dass der Kopplungsgrad der induktiven Kopplung zwischen Ladegerät und Hörvorrichtung steigt.conveniently, can by the two magnetic elements of the magnetic flux in the air gap and thus in the secondary coil or charging coil of a hearing device be concentrated, so that the coupling degree of the inductive coupling between charger and hearing aid increases.

In einer speziellen Ausführungsform können das erste Magnetelement und das zweite Magnetelement jeweils eine elektrische Spule sein. Insbesondere können beide Spulen zu einer Helmholtz-Spule angeordnet sein. Hierdurch lässt sich in einem verhältnismäßig großen Volumen ein homogenes Magnetfeld erzeugen.In a special embodiment can that first magnetic element and the second magnetic element each have an electrical Be coil. In particular, you can both coils may be arranged to form a Helmholtz coil. hereby let yourself in a relatively large volume create a homogeneous magnetic field.

Unter Umständen ist es günstig, die beiden Spulen mit mindestens noch einer weiteren Spule zu koppeln, so dass die Stärke des Felds und damit auch der Ladewirkungsgrad verbessert wird.Under circumstances is it cheap to couple the two coils with at least one other coil, so the strength of the field and thus the charging efficiency is improved.

Entsprechend einer alternativen Ausführungsform kann das erste Magnetelement und das zweite Magnetelement jeweils ein Ende eines ferromagnetischen Kerns eines magnetischen Kreises mit Luftspalt sein. Wenn sich dann die Stirnflächen zweier Kernabschnitte beabstandet durch den Luftspalt nahe gegenüber stehen, ergibt sich im Luftspalt ein Magnetfeld hoher Stärke.Corresponding an alternative embodiment For example, the first magnetic element and the second magnetic element may each be one end of a ferromagnetic core of a magnetic circuit be with air gap. If then the faces of two core sections spaced apart by the air gap close to, results in the Air gap a magnetic field of high strength.

Bei Verwendung eines ringförmigen Kerns, der lediglich durch den Luftspalt unterbrochen ist, genügt eine Erregung mit einer Primärspule, durch die der ferromagnetische Kern hindurchläuft. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, dass kaum Streufelder entstehen und somit die elektromagnetische Abstrahlung aus dem Ladegerät minimal ist.at Use of an annular Kerns, which is interrupted only by the air gap, one suffices Excitation with a primary coil, through which the ferromagnetic core passes. Such an arrangement has the advantage that hardly stray fields arise and thus the electromagnetic Radiation from the charger is minimal.

Vorzugsweise sind die beiden Durchtrittsflächen gleich groß und so angeordnet, dass sie parallel sind und ihr Abstand kleiner als die Quadratwurzel der Größe eines der beiden Durchtrittsflächen ist. Hierdurch ergibt sich zwischen beiden Magnetelementen bzw. Spulen ein intensives annähernd homogenes Magnetfeld.Preferably are the two passage surfaces same size and arranged so that they are parallel and their distance smaller than the square root of the size of one the two passage surfaces is. This results between two magnetic elements or Coils an intense approximate homogeneous magnetic field.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denn zeigen:The The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings, in which: because show:

1 eine Prinzipskizze der wesentlichen Komponenten eines Hörgeräts; 1 a schematic diagram of the essential components of a hearing aid;

2 eine Spulenanordnung zum induktiven Laden gemäß dem Stand der Technik; 2 a coil arrangement for inductive charging according to the prior art;

3 die Spulenanordnung eines Ladegeräts gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und 3 the coil assembly of a charger according to a first embodiment of the present invention and

4 die Erzeugung eines homogenen Magnetfelds in einem Ladegerät gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 the generation of a homogeneous magnetic field in a charger according to a second embodiment of the present invention.

Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Zunächst sei jedoch anhand von 2 zum besseren Verständnis der Erfindung erläutert, wie ein übliches Ladegerät zum induktiven Laden eines Hörgeräts aufgebaut ist.The embodiments described in more detail below represent preferred embodiments of the present invention. First, however, based on 2 for a better understanding of the invention explains how a conventional charger for inductive charging a hearing aid is constructed.

In 2 ist eine Primärspule 10 wiedergegeben, die in bekannter Weise ein Magnetfeld erzeugt. In dem vorliegenden Beispiel hat das Magnetfeld zu dem gewählten Zeitpunkt die mit den Feldlinien angedeutete Struktur und Richtung. Um in einer Sekundärspule 11 einen Strom zu induzieren, muss ein entsprechendes Wechselmagnetfeld erzeugt werden. Das Magnetfeld hat dann abwechselnd die eingezeichnete Richtung und die entsprechende Gegenrichtung. Die Stärke des Magnetfelds und damit die Dichte der Magnetfeldlinien ändert sich bei diesem Richtungswechsel jedoch nicht.In 2 is a primary coil 10 reproduced, which generates a magnetic field in a known manner. In the present example, the magnetic field at the selected time has the structure and direction indicated by the field lines. To be in a secondary coil 11 To induce a current, a corresponding alternating magnetic field must be generated. The magnetic field then alternately has the drawn direction and the corresponding opposite direction. The strength of the magnetic field and thus the density of the magnetic field lines does not change during this change of direction.

Für das Laden eines an die Sekundärspule 11 angeschlossenen Akkumulators wird die Sekundärspule 11 möglichst nahe und koaxial an die Primärspule 10 gebracht. In 2 ist jedoch zu erkennen, dass am Ort der Sekundärspule 11 das Magnetfeld bereits deutlich abgenommen hat gegenüber dem Zentrum der Primärspule 10. Außerdem entsteht im Bereich 12 ein Streufeld, das keinen Beitrag zum Ladevorgang liefert. Der Kopplungsgrad zwischen Primärspule 10 und Sekundärspule 11 und damit der Ladewirkungsgrad eines Ladegeräts mit entsprechender Spulenanordnung ist entsprechend gering.For charging one to the secondary coil 11 connected accumulator is the secondary coil 11 as close as possible and coaxial with the primary coil 10 brought. In 2 However, it can be seen that at the location of the secondary coil 11 the magnetic field has already decreased significantly compared to the center of the primary coil 10 , Besides, arises in the area 12 a stray field that does not contribute to the charging process. The degree of coupling between primary coil 10 and secondary coil 11 and thus the charging efficiency of a charger with a corresponding coil arrangement is correspondingly low.

Aus diesem Grund wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Spulenanordnung entsprechend 3 für ein Ladegerät einer Hörvorrichtung vorgeschlagen. Die Primärspule ist hier durch eine Anordnung aus zwei oder mehr Spulen 13, 14 ersetzt, die zueinander koaxial angeordnet sind. Sie können jeweils als Planarspulen ausgebildet sein und besitzen in ihrem Inneren eine Durchtrittsfläche, durch die das erzeugte Magnetfeld hindurchtritt. Im vorliegenden Fall sind die Durchtrittsflächen der beiden Spulen 13 und 14 gleich groß. Außerdem sind die beiden Spulen 13 und 14 hier als Helmholtz-Spule angeordnet. D. h. die Breite des Luftspalts zwischen den Spulen 13 und 14, d. h. ihr Abstand, entspricht ihrem Radius. Gegebenenfalls ist ihr Abstand auch kleiner als die Quadratwurzel der Durchtrittsfläche einer Spule. Folglich ergibt sich zwischen beiden Spulen 13 und 14 ein näherungsweise homogenes magnetisches Feld. Wird die Sekundärspule 11 des Hörgeräts in den Luftspalt 15 zwischen den beiden Helmholtz-Spulen 13, 14 platziert, gehen mehr Feldlinien durch die Sekundärspule 11 als im Fall von nur einer einzigen Primärspule 10 (vergleiche 2). Der magnetische Fluss durch die Sekundärspule 11 ist somit erhöht, weshalb in der Sekundärspule auch ein höherer elektrischer Strom induziert wird.For this reason, according to the present invention, a coil arrangement corresponding 3 proposed for a charger of a hearing. The primary coil is here by an arrangement of two or more coils 13 . 14 replaced, which are arranged coaxially to each other. They can each be designed as planar coils and have in their interior a passage area through which the generated magnetic field passes. In the present case, the passage surfaces of the two coils 13 and 14 same size. In addition, the two coils 13 and 14 arranged here as a Helmholtz coil. Ie. the width of the air gap between the coils 13 and 14 ie their distance corresponds to their radius. Optionally, their distance is also smaller than the square root of the passage area of a coil. Consequently, results between two coils 13 and 14 an approximately homogeneous magnetic field. Will the secondary coil 11 of the hearing aid in the air gap 15 between the two Helmholtz coils 13 . 14 placed, more field lines go through the secondary coil 11 as in the case of only a single primary coil 10 (see 2 ). The magnetic flux through the secondary coil 11 is thus increased, which is why a higher electric current is induced in the secondary coil.

In 4 ist eine alternative Ausführungsform der magnetischen Komponenten eines erfindungsgemäßen Ladegeräts dargestellt. Die magnetischen Komponenten bestehen im Wesentlichen aus einem ferromagnetischen Kern 16 und einer darauf aufgebrachten Primärspule 17. Außerdem weist der ringförmige Kern einen Luftspalt 18 auf. In ihn lässt sich die Sekundärspule 11 der Hörvorrichtung bzw. des Hörgeräts einführen. In diesem Fall stellt die eine Stirnseite des Ringkerns im Luftspalt 18 bzw. der dortige Endabschnitt 19 des Kerns 16 das erste Magnetelement mit der ersten Durchtrittsfläche und die andere Stirnseite des ringförmigen Kerns im Luftspalt 18 bzw. der dortige Endabschnitt 20 des Kerns 16 das zweite Magnetelement mit der zweiten Durchtrittsfläche dar. Die beiden Durchtrittsflächen sind hier gleich groß gewählt. Die Breite des Luftspalts 18 sollte kleiner sein als die Quadratwurzel aus der Durchtrittsfläche des ferromagnetischen Kerns 16. In diesem Luftspalt 18 würden dann sehr konzentrierte, näherungsweise homogene Magnetfelder herrschen. Wird nun wiederum die Sekundärspule 11 in dem Spalt 18 platziert, wird der Streufeldanteil viel geringer sein als im Falle einer Primärspule ohne einen derartigen Kern 16. Diese Anordnung ist besonders für sehr kleine Geräte, wie Hörgeräte, vorteilhaft, weil für das Einführen der Sekundärspule nur ein relativ enger Spalt 18 zur Verfügung steht.In 4 an alternative embodiment of the magnetic components of a charger according to the invention is shown. The magnetic components essentially consist of a ferromagnetic core 16 and a primary coil applied thereto 17 , In addition, the annular core has an air gap 18 on. In it, the secondary coil can be 11 Insert the hearing device or the hearing aid. In this case, the one end face of the toroidal core in the air gap 18 or the local end section 19 of the core 16 the first magne element with the first passage area and the other end face of the annular core in the air gap 18 or the local end section 20 of the core 16 the second magnetic element with the second passage area. The two passage areas are chosen to be the same size here. The width of the air gap 18 should be less than the square root of the passage area of the ferromagnetic core 16 , In this air gap 18 Then very concentrated, approximately homogeneous magnetic fields would prevail. Will turn the secondary coil 11 in the gap 18 placed, the stray field portion will be much lower than in the case of a primary coil without such a core 16 , This arrangement is particularly advantageous for very small devices, such as hearing aids, because only a relatively narrow gap for the insertion of the secondary coil 18 is available.

Mit den oben dargestellten magnetischen Anordnungen können deutlich effizientere Energieübertragungssysteme aufgebaut werden. Insbesondere durch die Anordnung gemäß 4 kann auch die elektromagnetische Abstrahlung minimiert werden.With the above-described magnetic arrangements, significantly more efficient power transmission systems can be constructed. In particular, by the arrangement according to 4 also the electromagnetic radiation can be minimized.

Claims

Charger for a hearing device with - a first magnetic element ( 13 . 19 ), which has a first passage surface for magnetic flux, characterized by - a second magnetic element ( 14 . 20 ) having a second passage area for the magnetic flux, and - an air gap ( 15 . 18 ) between the two passage surfaces, which is penetrated by the magnetic flux, and in which a secondary coil ( 11 ) of the hearing device is insertable.

Charger according to claim 1, wherein the first magnetic element ( 13 . 19 ) and the second magnetic element ( 14 . 20 ) Each is an electrical coil.

loader device according to claim 2, wherein the two coils form a Helmholtz coil.

Charger according to one of the preceding claims, wherein one of the two magnetic elements ( 13 . 19 ; 14 . 20 ) consists of at least two electric coils.

Charger according to claim 1, wherein the first magnetic element ( 13 . 19 ) and the second magnetic element ( 14 . 20 ) one end each of a ferromagnetic core ( 16 ) of a magnetic circuit with an air gap ( 15 . 18 ).

Charger according to claim 5, wherein the ferromagnetic core ( 16 ) a primary coil ( 17 ) goes through.

charger according to one of the preceding claims, wherein the two passage areas equal big and are arranged so that they are parallel and their distance smaller as the square root of the size of one the two passage surfaces is.