CN110867913B - 用于无线耳塞的电容式无线充电 - Google Patents

Abstract

本发明题为“用于无线耳塞的电容式无线充电。”本发明公开一种用于一对耳塞的盒，该盒包括外壳，该外壳具有在外壳内形成的第一腔和第二腔，该第一腔被配置为接收该对耳塞中的第一耳塞，并且该第二腔被配置为接收该对耳塞中的第二耳塞；盖，该盖附接到外壳；第一对电极，该第一对电极相邻于第一腔定位在外壳内；第二对电极，该第二对电极相邻于第二腔定位在外壳内；以及耦接到第一对电极和第二对电极的充电电路，该充电电路包括被配置为接收DC功率信号并且将高频AC信号输出至第一对电极和第二对电极中的每一个的高频逆变器。

Description

用于无线耳塞的电容式无线充电

其他申请的交叉引用

本申请要求于2018年8月27日提交的题为“CAPACITIVE WIRELESS CHARGING FORWIRELESS EARBUDS”的美国专利申请号16/114,148的优先权，并且为了所有目的据此全文以引用方式并入。

背景技术

所描述的实施例总体涉及便捷式听音设备(诸如耳塞和其它类型的耳内听音设备)并且涉及用于存储和给这类设备充电的盒。

便捷式听音设备可与各种电子设备(诸如便捷式媒体播放器、智能电话、平板电脑、膝上型计算机和立体声系统等)一起使用。便捷式听音设备历史地包括一个或多个小的扬声器，该一个或多个小的扬声器被配置为放置在用户耳朵、将扬声器保持在适当位置的结构部件和将便捷式听音设备电连接到音频源的线缆上、其中或其附近。其它便捷式听音设备可以是不包括线缆并且替代地从无线音频源无线地接收音频数据流的无线设备。

虽然无线便捷式听音设备具有优于有线设备的许多优点，但是它们也具有一些潜在的缺点。例如，无线便捷式听音设备通常需要向无线通信电路和设备的其它部件提供电力的电池(诸如可再充电电池)。对于许多当前可用的无线便捷式听音设备，电荷可通过将便捷式听音设备物理地连接到电源来被再存储至设备中的可再充电电池，这通常需要无线便捷式听音设备具有一对电触点来接收电荷。

在许多设备中，这类电触点在无线便捷式听音设备中定位在插座连接器内。插座连接器通常包括便携式听音设备中的腔，该腔提供灰尘和湿气可侵入并损坏设备的通道。此外，电子设备的用户不得不将充电缆线物理地连接到插孔，以便对电池进行充电。一些其它无线便捷式听音设备在设备的外部表面处包括充电触点，与定位在插座连接器腔内的内部触点相比较，这关于防湿气和其它潜在问题是显著改进。然而，甚至外部触点仍可导致用于在极端条件下(例如，在触点与外壳之间的接缝处)湿气进入的潜在路径和/或当重复地暴露在腐蚀性液体(诸如汗液)下时对触点的潜在腐蚀。

发明内容

本公开的一些实施方案涉及可存储耳内听音设备(诸如一对耳塞)并且给所述耳内听音设备无线地充电的盒。盒可包括一个或多个腔以保持耳内听音设备和充电电路，以便向听音设备内(或一对耳塞中的每一个内)的可再充电电池提供电力。

其它实施方案涉及可根据本公开由盒无线地充电的一对耳塞或其它类型的耳内听音设备。

在一些实施方案中，提供了用于便携式听音设备(诸如一对耳塞)的盒。该盒可包括外壳，该外壳具有在外壳内形成的第一腔和第二腔以及与第一腔相邻定位在外壳内的第一对电极和与第二腔相邻定位在外壳内的第二对电极。第一腔被配置为接收一对耳塞中的第一耳塞，并且第二腔被配置为接收一对耳塞中的第二耳塞。盖可附接到外壳并且盒包括耦接到第一对电极和第二对电极的充电电路，该充电电路包括被配置为接收DC功率信号并且将高频AC信号输出至第一对电极和第二对电极中的每一个，从而使盒能够给该对耳塞充电的高频逆变器。

在一些实施方案中，提供一种耳塞，该耳塞包括外壳，该外壳包括扬声器外壳部分，该扬声器外壳部分具有音频出口和延伸远离所述扬声器部分的杆外壳；扬声器，该扬声器设置在扬声器外壳部分中并且可操作地耦接以通过音频出口发射声音；一对电极，该一对电极包括围绕杆外壳的第一部分形成的第一电极和与第一电极间隔开并且形成在杆外壳的第二部分上方的第二电极；无线天线和电路，该无线天线和电路被耦接来通过天线接收无线信号；电池；以及耦接在电池与一对电极之间的充电电路，其中充电电路被配置为从通过一对电极接收的电容式电力给电池充电。

一些实施方案涉及用于一对耳塞的盒，该用于一对耳塞的盒包括处于盒盖中的适形电极。盒可包括外壳，该外壳具有在外壳内形成的第一腔和第二腔，其中第一腔被配置为接收一对耳塞中的第一耳塞，并且第二腔被配置为接收一对耳塞中的第二耳塞。盖能够在闭合位置与打开位置之间操作，在该闭合位置中盖对准在第一腔和第二腔上方，在该打开位置中第一腔和第二腔被暴露，从而使该对耳塞能够从外壳移除，并且盖可包括当盖处于闭合位置中时，面向第一腔和第二腔的导电和柔顺区域。充电电路可耦接到第一对电极和第二对电极中的每一个。在一些实施方案中，充电包括被配置为接收DC功率信号并且将高频AC信号输出至第一对电极和第二对电极中的每一个的高频逆变器。

一些实施方案涉及耳塞，该耳塞包括处于扬声器外壳部分中的电极。该耳塞可包括外壳，该外壳具有扬声器外壳部分，该扬声器外壳部分具有音频出口和延伸远离扬声器部分的杆外壳。可操作地耦接以通过音频出口发射声音的扬声器可设置在具有一对电极的扬声器外壳部分中，该一对电极包括第一电极和第二电极。耳塞还可包括电池；无线天线和电路，该无线天线和电路被耦接来通过天线接收无线信号；以及充电电路，该充电电路耦接在电池与一对电极之间。充电电路被配置为从通过一对电极电容地接收的电力给电池充电。

在一些实施方案中，提供一种音频系统，该音频系统包括盒和一对耳塞或其它便捷式听音设备，如本文所公开。

根据结合以举例的方式示出所述实施方案的原理的附图而进行的以下详细描述，本发明的其他方面和优点将变得显而易见。

附图说明

图1示出根据本公开的一些实施方案的耳塞盒的简化透视图；

图2为图1中所示的耳塞盒的简化的剖视图；

图3A为图1中所示的耳塞中的一个和包围所描绘的耳塞的耳塞盒的一部分的简化的剖开透视图；

图3B为图3A的一部分的简化的剖视图；

图3C和图3D为根据本公开的实施方案的耳塞125和耳塞盒的一部分的简化的剖视图；

图4为图3A中所示的耳塞中的一个和耳塞盒的一部分的简化的剖视图；

图5为图4中所示的耳塞和耳塞盒的一部分的放大图；

图6为描绘根据本公开的一些实施方案的耳塞盒的各种部件的简化框图；

图7示出根据本公开的一些实施方案的耳塞盒的剖视图；

图8示出根据本公开的一些实施方案的耳塞盒的简化透视图；

图9为图8中所示的耳塞盒的简化的剖视图；

图10A为根据本公开的一些实施方案的一对耳机的简化顶视图。

图10B为根据本公开的一些实施方案的一对耳机的简化顶视图。

图11A示出根据本公开的一些实施方案的耳塞盒的简化透视图；

图11B示出根据本公开的一些实施方案的耳塞盒的简化透视图；

图12-15示出根据本公开的一些实施方案的实验结果。以及

图16-17示出根据本公开的一些实施方案的实验结果。

具体实施方式

本公开的一些实施方案涉及可存储耳内听音设备(诸如一对耳塞)并且给所述耳内听音设备无线地充电的盒。本公开的其它实施方案涉及可根据本公开由盒无线地充电的一对耳塞或其它类型的耳内听音设备。

为了更好地理解和鉴赏本发明的各种实施方案和方面，首先参考图1和图2。图1示出根据本公开的一些实施方案的耳塞盒100的简化的透明透视图，并且图2是耳塞盒100的简化的剖视图。如图所示，耳塞盒100包括外壳105和由铰链112可枢转地耦接到外壳105的盖110。外壳105可包括一对耳塞120、125可存储在其中的内部空间。

外壳105的内部空间可限定尺寸和形状被设定成分别接受耳塞120、125的第一腔130和第二腔135(在图2中示出)。在一些实施方案中，插入件115可粘结到外壳105的一部分并且被视为外壳105的一部分以形成腔130、135。然后，腔130、135中的每一个可由适形于耳塞120、125的大体形状的插入件115的表面限定。例如，插入件115可限定外壳105的顶部表面118，顶部表面118包括上部压痕132、136，其为腔130、135的一部分并且接受每个耳塞的扬声器部分。插入件115还可包括分别从腔130、135延伸并且接受每个耳塞的杆150的第一内部管134和第二内部管138。

盖110可通过使盖能够在闭合位置与打开位置(在图1中示出)之间移动的铰链112或类似机构耦接到外壳105，在该闭合位置中盖覆盖包括腔130、135的盒100的内部空间，在该打开位置中腔被暴露以允许用户将耳塞120、125放置在盒100内或将耳塞120、125从盒移除。虽然图1或图2中未示出，但是耳塞盒100可包括电池、用来给电池充电的充电电路和/或存储在盒内的充电耳塞120、125以及其它电路和部件，其中的一些参考图6所论述。在一些实施方案中，耳塞外壳105、盖110和插入件115中的每一个可由塑料或类似材料(诸如ABS或聚碳酸酯)制成。类似地，每个耳塞120、125可包括限定耳塞的尺寸和形状的耳塞外壳并且也可由塑料或类似材料(包括但不限于ABS或聚碳酸酯)制成。用于每个耳塞120、125的外壳可包括扬声器外壳部分和耦接到扬声器外壳部分并且远离该扬声器外壳部分延伸的杆部分。扬声器外壳部分可包括音频出口和可操作地耦接以通过音频出口发射声音的扬声器。杆部分可包括电池、无线天线、耦接以通过天线接收无线信号的电路、充电电路和其它部件。然而，本发明的实施方案不限于耳塞120、125内的部件的任何特定配置。

盒100也可包括在盒100的外部表面(例如，如图1中所示的底部表面)处具有开口的插座连接器140。合适的插头连接器可插入开口中以与插座连接器配对并且将电力传递至盒100(例如，从充电线缆)以给盒100内的电池(未示出)充电和/或在盒100与另一个设备之间传递数据。插座连接器140例如可以是迷你USB连接器、由Apple公司、本申请的受让人开发的雷电连接器、USB-C连接器或任何其它适当的连接器。在其他实施方案中，连接器140是可选的并且盒100可替代地从无线电源接收电力以给内部电池充电。例如，在一些实施方案中，盒100可包括可从无线充电垫或类似设备内的一个或多个无线功率传输线圈无线地接收电力的一个或多个无线功率接收线圈。

根据本公开的实施方案，耳塞盒100可给耳塞120、125中的每一个无线地充电。耳塞120、125是相对小的装置，其包括如下文参考图6描述的各种电子器件和音频部件，以使用耳塞120、125最大化用户的体验。因此，在一些实施方案中，可能存在可用于这类无线充电电路的非常有限的空间，并且发明人已经发现在这种受限的环境中电容式耦接比感应耦接更加空间有效。为此，在一些实施方案中，耳塞盒100可包括定位在盒内以与每个相应的耳塞120、125中的电极对准的多个电容极板。

例如，如图1和图2所示，每个耳塞120、125可包括延伸远离塞的耳朵部分160的细长杆150，其在一些实施方案中可包括麦克风、电池、天线和耳塞的其它部件。每个耳塞120、125可包括嵌入杆内的一对电极。例如，如图2所示，耳塞120可包括电极122和124，而耳塞125可包括电极126和128。

耳塞盒100可包括当耳塞完全地插入腔130、135中时，在与耳塞电极122、124和126、128相邻的位置处嵌入盒内的电极。例如，如图2所示，耳塞盒100可包括当耳塞120完全地插入腔130中时分别与耳塞120中的电极122和124相邻设置的电极142和144。类似地，耳塞盒100还可包括当耳塞125完全地插入腔135中时分别与耳塞125中的电极126和128相邻设置的电极146和148。

为了最大化耳塞120、125中的每一个中的电极和盒100中的对应的电极之间的功率传递，本发明的实施方案如下文所描述最小化耳塞中的电极和盒中的电极之间的距离。在一些实施方案中，耳塞电极122、124和126、128形状上适形于每个耳塞杆150的耳塞外壳部分。例如，如果杆150具有圆柱形横截面，那么耳塞电极122、124和126、128中的每一个可具有类似的圆柱形横截面。如果杆150具有椭圆形或其它横截面形状，那么耳塞电极中的每一个可具有匹配的横截面形状。

类似地，盒100内的电极142、144、146和148可适形于电极定位在其中的区域中的腔130、135的形状。在一些实施方案中，每个腔130、135的接受耳塞杆150的部分的横截面通常与杆150的横截面匹配，并且因此当耳塞杆150具有圆柱形横截面形状时，盒电极142、144、146和148也可具有圆柱形横截面，并且每个盒电极环状地包围其相应的耳塞电极。当杆具有椭圆形或其它横截面形状时，盒电极也可具有匹配的横截面形状。耳塞盒100和耳塞120、125内的电极的进一步细节在下文参考图3A-3D、图4和图5进行论述。

图3A是图1中所示的耳塞125的耳塞盒中的腔135的一部分的简化的分解透视剖开图，并且图3B是图3B中所示的耳塞腔135和125的一部分的分解侧视平面剖视图。为了更加清楚地说明本发明的实施方案的概念，图3A或图3B中没有一个按比例绘制并且图3A或图3B中没有一个描绘耳塞的外壳或耳塞盒。例如，如上文所论述，耳塞125可包括由塑料(诸如ABS或聚碳酸酯)或任何合适材料制成的耳塞外壳。外壳提供具有结构的耳塞并且形成耳塞的各种部件(例如，电路、扬声器等)设置在其中的腔。耳塞外壳将具有一定厚度以使其向耳塞提供期望的结构和足够的刚度。类似地，外壳105向盒100提供结构并且限定盒的其电子部件容纳在其中的内部区段。外壳105还包括限定腔130、135的表面(例如，通过插入件115)。外壳105和耳塞外壳的各种表面在图3A和图3B中未描绘并且替代地参考图3C和图3D进行论述。

如图3A和图3B所示，耳塞125可包括间隔开间隙340的第一耳塞126、128。电极126、128中的每一个可具有适形于耳塞125的杆150的形状的圆柱形横截面形状(如图3A中所示)。在一些实施方案中，间隙340可以是空气间隙并且在其它实施方案中，间隙340可充满适当的电绝缘材料。类似地，耳塞盒内的电极146、148彼此可间隔开间隙345并且具有与电极126、128的横截面形状匹配的横截面形状(虽然具有稍微更大直径)。间隙345可以是空气间隙或可充满类似于间隙340的电绝缘材料。

当耳塞125完全插入腔135内(即，处于“充电位置”中)时，耳塞电极126、128与耳塞盒电极146、148对准，从而在电极126、146之间形成第一电容器并且在电极128、148之间形成第二电容器。这两个电容器可如下文参考图6所论述形成电路的一部分，从而使电力能够从耳塞盒传递至耳塞。可传递的电力的量除其它因素之外取决于每个电容器中两个电极之间的距离。电极之间更紧密的空间导致更加有效的电力传递。

在充电位置中，电极126和128与盒100的电极146、148间隔开空气间隙330。耳塞120和125以及腔130、135可被制造成使得虽然允许制造公差，但是当耳塞处于充电位置中时，在相邻电极之间的空气间隙330被最小化，以便降低电极对中的每一个之间的距离，虽然仍允许耳塞放置在腔135内。在一些实施方案中，耳塞和盒被制造成具有提供处于5-20微米之间的空气间隙的公差。

本公开的各个实施方案包括进一步最小化和/或控制两个电容器中每一个中的相邻电极之间的空间的一个或多个另外的设计特征。一个这类另外的设计特征包括最小化在耳塞的外部表面、耳塞接收腔的内部表面或两者上的电极上方形成的非常薄的电介质表层的厚度。例如，在图3A和图3B中所示的实施方案中，耳塞125可包括在电极126和128上方薄的电介质层310，而接收腔135可包括电极146、148上方薄的电介质层320。另一种这类设计特征包括如下文参考图7所论述的每个耳塞接收圆柱体134、138的杆部分内的一定量的斜度。

在一些实施方案中，电介质表层310和320中的每一个可以是薄的电绝缘材料，其可例如出于装饰原因进行选择。合适的电绝缘表层的示例是各种聚合物材料。在其它实施方案中，电介质表层310和320中的每一个可以是能够增加电容并且因此提高充电性能的高介电常数材料(诸如高介电常数聚合物、陶瓷或具有大于5的介电常数的其它材料)。虽然本公开的实施方案不限于层310或310的任何特定厚度，但是在一些实施方案中，层310和320中的任一者或两者介于5-25微米厚，并且在一些实施方案中，层310和320中的任一者或两者介于5-10微米厚之间。层310和320中的每一个可利用外模成型工艺或其它适当技术分别形成在电极126、146上方。

图4和图5是根据一些实施方案的进一步描绘当耳塞125完全插入其腔135内时相邻电极128和148之间的关系的图解。具体地，图4是沿电极128、148的图3A中所示的线截取的简化的剖视图并且图5是图4中所示的一部分的分解图。如图4和图5所示，在相邻电极128、148之间的距离由电介质层310和320的厚度以及间隙330确定。为了易于说明，耳塞125和盒100的外壳在图4或图5中任一个中未描绘，仅仅正如外壳在图3A或图3B中未描绘一样。

如上文所论述，在一些实施方案中，耳塞和耳塞盒中的每一个包括外壳，其在图3A或图3B中未示出。例如，如图3C(其是耳塞125的一部分的简化的剖视图)所示，电极126、128可形成在外壳350上方。外壳350可由塑料(诸如ABS或聚碳酸酯)或另一种合适的电绝缘材料制成。外壳350可比电极126、128和层310中的任一者厚得多，从而提供具有结构的耳塞并且在耳塞内形成耳塞的各种部件(例如，电池、充电电路等)设置在其中的腔。由于电极126、128形成在外壳之上，因而电极中的一个或两个可围绕或以其它方式包围位于腔中的耳塞部件。

类似地，如图3D(其是插入件115的一部分的简化的剖视图)所示，电极146、148可形成在外壳360上方。外壳360可比电极146、148和层320中的任一者厚得多，从而提供具有结构的耳塞盒并且在耳塞盒内形成可容纳各种电子部件的一个或多个内部腔。

电极126、128和146、148(以及电极122、124和142、144)可使用多种不同的技术形成并且在一些实施方案中，可相对薄，例如0.1-50微米。在一些实施方案中，电极可使用溅射或电沉积技术直接沉积在外壳350和/或360的表面上方。在其它实施方案中，每个电极可以是利用适当的粘合剂附接到其相应的外壳的相对薄的金属件，并且在其它实施方案中，每个电极可由附着到其相应外壳的薄型金属化麦拉片片材或类似的导电材料形成。另外，在一些实施方案中，电介质层310或320中的一者或两者是可选的。例如，在一些实施方案中，耳塞125(和耳塞120)不包括薄型陶瓷电介质层310，并且替代地电极126、128(和122、124)在耳塞的外部表面处并且可选地也可形成陶瓷表面。在其它实施方案中，盒100在腔135(和130)内的电极146、148(和142、144)上并不包括陶瓷外模成型件。这类实施方案还可减少组成每个电容对的两个相邻电极(例如，电极126、146和128、148)之间的间距。

现参考图6，图6为描绘根据本公开的一些实施方案的耳塞充电系统600的各种部件的简化框图。如图6中所示，充电系统600包括耳塞610和耳塞盒620。耳塞610例如可以是本文描述的耳塞中的任一个，诸如耳塞120或125以及其它合适的耳塞。耳塞盒620例如可以是本文描述的耳塞盒中的任一个，诸如耳塞盒100以及其它合适的耳塞盒。

虽然图6中未示出，但是耳塞盒620可包括一个或多个腔，该一个或多个腔的尺寸和形状被设定成接收耳塞610，使得当耳塞处于腔内时，耳塞610中的电极与耳塞盒620中的电极对准，从而形成使耳塞盒能够给耳塞内的电池充电的电容耦接的电路。因此，当耳塞610插入耳塞盒620的插座腔内时，耳塞610与耳塞盒620之间的电路在包括电容器C1和C2的充电系统600内形成并且使电力能够从耳塞盒620传递至耳塞610。电容器C1和C2中的每一个由一对电极形成，该对电极包括耳塞610内的第一电极和耳塞盒620内的第二电极。作为耳塞610表示耳塞125并且耳塞盒620表示耳塞盒100的示例，电容器C1可由耳塞内的电极128和耳塞盒中的电极148形成。类似地，电容器C2可由耳塞中的电极126和耳塞盒内的电极146形成。

在一些实施方案中，一旦耳塞插入耳塞盒中并且通过电容器C1和C2的电路形成，就可启动耳塞610的电容式充电。在其他实施方案中，充电可被延迟，直到盒620内的传感器(未示出)检测到耳塞610完全地插入到盒耳塞接收腔中为止。这类实施方案可能例如当耳塞和/或盒上的电极处于耳塞或盒的外部表面处以便在塞并未被适当地插入时防止可能的短路时特别有用。作为一个特定的实现方式示例，盒620可测量每个耳塞处的阻抗并且可仅在检测到恰当的阻抗时接通其充电电路。作为另一个实现方式示例，盒620可仅在盒的盖闭合并且一个或多个耳塞完全插入盒内时或当定位在腔内的光学传感器检测到耳塞610的插入时启动充电。

耳塞盒620可除其它元件之外包括DC电源622、逆变器624和阻抗匹配/调谐网络626。DC电源可例如是盒620内的电池或可以是从外侧电源接收的恒定DC电压，诸如通过盒620内的插座连接器(未示出)接收的5V功率信号。DC电源622耦接到逆变器624，其可以是将从电源622接收的DC功率信号转换成AC信号的高频逆变器。在一些实施方案中，高频逆变器将其接收的DC功率信号转换成处于例如2-50MHz的兆赫范围中的AC信号，并且在某些特定实施方案中，高频逆变器624将DC信号转换成5MHz或6.78MHz信号。逆变器624进而耦接到帮助最大化通过电容器C1和C2从耳塞盒到耳塞传递的电力的阻抗匹配/调谐网络626。

耳塞610除其它元件之外包括整流器612、电池充电电路614和电池616。整流器612耦接在输出处以从电容器接收交流电流并且将AC电流转换成直流电流DC。电池充电电路耦接在输出处以从整流器612接收DC电流并且耦接在输出处以给电池616充电。耳塞610上的最大充电电力可通过下列公式确定：

(1)最大充电电力＝C×V_in×V_max×2πf

其中C是耳塞与耳塞盒电极之间的电容，V_in是输入电压的RMS值，V_max是横跨每个耦接电容器允许的最大电压的RMS值，并且f是高频逆变器的操作频率。由电容器C1和C2生成的电容与耳塞610和耳塞盒620的电极对之间的间距负相关。因此，如上文所描述，本发明的各种实施方案采用意图最小化这一间距的特征。

图7描绘针对特定电极对，通过减小或消除在耳塞中的电极与耳塞盒中的其对应的电极之间形成的空气间隙来帮助最小化电极对之间的间距的另一个实施方案。例如，在上文图1-5中描绘的实施方案中，盒100内的腔130、135具有稍微大于耳塞120、125的直壁圆柱形形状的杆150的直壁圆柱形形状。直壁至少需要半径的小的容差以确保每个耳塞120、125的杆配合在其相应的腔130、135内。在本公开的一些实施方案中，耳塞杆和盒腔可包括具有稍微斜度的壁，该稍微斜度在杆与腔之间实现更紧密的配合而无需担心相关联的容差。图7描绘盒700包括分别第一腔730和第二腔735的实施方案，其中的每一个包括稍微斜度(锥形)，其中每个腔沿其深度逐渐地变窄。耳塞720和725然后可包括具有匹配角度或斜度的杆750。因此，每个耳塞720和725可完全插入其相应的腔730、735中，直到其耳塞杆750的侧表面与腔的内部表面形成物理接触。当制造成足够高的标准时，这类实施方案可导致在每个耳塞杆与其包围的腔的内部表面之间基本上没有间隙330(或由于制造变化而在杆750的各部分处具有非常小的间隙)。

虽然上文论述的图1-5和图7描绘本发明的实施方案，其中各个电极位于沿耳塞的杆的特定位置处和耳塞盒的匹配位置处并且其中电极具有特定尺寸和形状，但是本发明不限于任何特定电极配置。在其它实施方案中，电极可位于与上文论述的那些不同的位置处盒/或具有不同的形状或配置。例如，在一些实施方案中，电极中的一个或多个可位于每个耳塞的扬声器外壳部分中和耳塞盒的盖部分中，如图8-10中所示。

图8示出根据本公开的一些实施方案的在盒盖中包括电极的耳塞盒800的简化透视图。如图8所示，盒800包括初级外壳805和由铰链(未标出)枢转地耦接到外壳805的盖810。外壳805可包括一对耳塞820、825可存储在其中的内部空间。电极820、825中的每一个可包括扬声器外壳822和杆824。在一些实施方案中，扬声器和音频端口容纳和形成在扬声器外壳822中，而电池充电电路、电池、无线天线和其它部件容纳在杆824内。

替代在耳塞820、825的杆内具有电极，每个耳塞820、825可在扬声器外壳部分822内包括一对电极。例如，如图9所示，图9是图8中所示的耳塞盒的简化的剖视图，耳塞820可包括一对电极842、844并且耳塞825可包括一对电极846、848。电极842、844、846和848中的每一个可由薄的电介质表层(未示出)覆盖，如参考图3A-3D所描述。电极842-448可以任何合适的方式布置。作为一个示例，电极842a、844a和846a、848a可沿耳塞扬声器外壳822的方向X彼此相反布置，如图10A所示，图10A是根据本公开的一些实施方案的定位在形成于耳塞外壳805内的腔内的一对耳塞820a、825a的简化顶视图。作为另一个示例，电极842b、844b和846b,848b可沿耳塞扬声器外壳822的方向Y彼此相反布置，如图10B所示，图10B是根据本公开的一些实施方案的定位在形成于耳塞外壳805内的腔内的一对耳塞820b、825b的简化顶视图。然而，本公开的实施方案不限于电极的任何特定布置，并且其它布置是可能的。

返回参考图8和图9，耳塞盒800可包括耳塞接收腔830和835以分别接收耳塞820、825，并且还可在盖810的适形区域850内包括多个电极。适形区域850可由导电的、相对软的柔顺材料制成，该导电的、相对软的柔顺材料在盖闭合并且耳塞处于接收腔830、835中时在形状上适形于耳塞820、825的上部表面。区域850的适形性质使区域能够与复杂表面(诸如耳塞的上部弯曲表面)的形状匹配。因此，一旦盖810闭合从而覆盖盒800内的耳塞820、825，适形区域850适形于耳塞820、825的上部表面并且与该上部表面直接接触并且在区域850与电极842-848之间基本上没有空气间隙(如图9中所示)，从而在电极842-848与区域850内的电极之间能够高效地传递电力。

在一些实施方案中，适形区域850可以是由具有各向异性导电性的在单一方向上传导电流的导电材料制成的单一区域。例如，适形区域850可以是具有以迫使电流沿特定轴线或方向(例如，从区域850的表面到盖内的电连接导致图6的阻抗匹配/调谐网络626)通过材料的图案嵌入材料内的石墨管或颗粒的柔性聚合物材料。适形区域850的各向异性性质防止电流在横向方向上泄露(这否则可使耳塞中的相邻电极一起短路)，并且不需要形成在区域850上方的绝缘层。因此，实际上，区域850中导电材料的各向异性性质能够针对每个耳塞形成单独的充电电路。也就是说，相邻于电极842、844的适形区域850的各部分在区域850内形成第一电极和第二电极，该第一电极和第二电极当可操作地耦接到电极842、844时，产生用于耳塞820的电容器C1和C2(如参考图6所描述)用于第一充电电路。类似地，与电极846、848相邻的适形区域850的各部分在区域850内形成第三电极和第四电极，该第三电极和第四电极当可操作地耦接到电极846、848时，产生用于耳塞825的电容器C1和C2(如参考图6所描述)用于第二充电电路。

在一些实施方案中，替代单个、大的适形区域850，多个不同的适形电极可在盖810内形成，该多个不同的适形电极与意图存储在盒中的耳塞中的电极对准。例如，在耳塞820、825包括位于图10A中描绘的位置处的电极的一些实施方案中，用于一对耳塞的盒可包括沿盖810的宽度间隔开的多个适形电极。这种实施方案如图11A中所示，在图11A中耳塞盒855包括与如图10A中所示的耳塞820a的电极842a、844a对准的适形电极852、854。盒855也可包括与耳塞825a中的电极846a、848a对准的适形电极856、858。在一些实施方案中，盖810可包括带轮廓的内表面，该带轮廓的内表面在盖处于闭合位置中时面向耳塞并且通常与耳塞的形状匹配，而无需接触耳塞。适形区域852-858由内表面彼此电分离，并且可位于沿带轮廓的内表面的位置处，该位置在盖处于闭合位置中时与耳塞的电极对准并且与耳塞接触。因为盒中的电极在这些实施方案中彼此分离，所以适形材料并不需要具有各向异性导电性并且电极852-858中的每一个可由柔性导电材料(诸如在SMT EMI垫圈中使用的材料)以及其它合适的材料制成。

作为另一个示例，用于一对耳塞的盒可包括沿盖810的深度间隔开的多个适形区域。这种实施方案如图11B中所示，在图11B中耳塞盒865包括与如图10B中所示的耳塞820b的电极842b、844b对准的适形电极862、864。盒865也可包括与耳塞825b中的电极846b、848b对准的适形电极856、858。

为了展示本发明的各种实施方案的有效性，发明人使用来自Ansys Maxwell的有限元分析(FEA)软件执行多个模拟。图12-17示出了模拟的结果。在图12和图13中描绘的第一系列的模拟中，根据参考图1-5描述的实施方案(其中耳塞和耳塞盒各自具有形成在塞侧和盒侧电极上方的薄型(10微米)装饰性电介质层)基于耳塞盒和耳塞设计计算电容。所述模拟在三个不同空气间隙尺寸(1微米、5微米和10微米)中的每一个上使电介质的介电常数k值从5至30变化。

在图14和图15中描绘的第二系列的模拟中，根据参考图1-5描述的实施方案(其中耳塞盒各自具有形成在耳塞盒电介质上方的薄型(10微米)装饰性电介质层)基于耳塞盒和耳塞设计计算电容，并且耳塞并不包括覆盖塞侧电极的装饰性电介质层。与图12和图13所述的模拟一样，图14和图15模拟也在三个不同空气间隙尺寸(1微米、5微米和10微米)中的每一个上使电介质的介电常数k值从5至30变化。

基于图12-15中描绘的模拟的结果，发明人已经示出更高的电介质材料帮助增加耳塞电极与耳塞盒电极之间的电容。然而，减小空气间隙的尺寸甚至在增加电容方面更有效。电极之间更大的电容可使足够的充电功率具有可接受的逆变器电压电平、操作频率和电极之间的电压。

图16和图17描绘另外的模拟的结果，其中根据参考图8和图9描述的实施方案基于耳塞盒和耳塞设计来计算电容。在图16和图17模拟中，50微米电介质层被模制成型在耳塞电极上方，并且耳塞盒包括柔性导电材料作为盖耳塞盒中的适形电极。由于适形电极通常与电极物理接触，因而1微米空气间隙在模拟中使用并且模拟使电介质的介电常数k值从5至30变化。图12-17中描绘的模拟中的每一个表明本发明的实施方案可在电极之间生成足够的电容以使用本文描述的技术给耳塞中的电池充分地充电。本领域中的技术人员将认识到可在设计状态下在影响充电电力的各种变量之间作出权衡，以确保在操作期间的安全电压电平、系统效率和在操作期间的充足的热性能。

为了说明的目的，前述描述使用具体命名以提供对所述实施方案的彻底理解。然而，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，不需要具体细节，以便实践所述实施方案。因此，具体实施方案的前述描述被呈现用于例示和描述的目的。前述描述不旨在为穷举性的或将所述的实施方案限制为所公开的精确形式。对于本领域的普通技术人员而言将显而易见的是，鉴于上面的教导内容，许多修改和变型是可能的。

例如，虽然本公开在上文阐述的各种示例聚焦于用于一对耳塞的盒以及聚焦于各种耳塞设计，但是本发明的实施方案并不仅限于耳塞并且可用于其它类型的便捷式听音设备。另外，虽然根据本公开的实施方案在上文呈现的耳塞的特定示例(和对应的耳塞盒)包括处于耳塞的杆中的两个电极或处于耳塞的扬声器外壳中的两个电极，但是本发明的实施方案并不限于此。在其它实施方案中，第一电极可在耳塞的杆中形成，而第二电极可在扬声器外壳中形成。另外，一些实施方案可包括仅单个电容电极并且利用电触点(诸如铜或其它适当金属或板状触点)完成充电电路(诸如图6中所示的电路)。例如，在一些实施方案中，耳塞可包括在杆150的底部处的单个触点和杆内或扬声器外壳内的电极。在全部这类实施方案中，耳塞盒可在与耳塞的电极和/或触点对准的位置处视启用充电而定包括电极盒/或触点。

在其它实施方案中，耳塞的部件可布置成不同于上文示例中描述的和/或耳塞可包括更少或更多部件。例如，虽然上文描述的耳塞在耳塞的杆位置中包括电池，但是在其它实施方案中电池可在扬声器外壳部分中形成。而且，在一些实施方案中，耳塞可完全不包括杆。作为另一个示例，在一些实施方案中，根据本公开的耳塞可包括使耳塞能够更好配合在用于耳朵中的可变形耳塞顶端。在其它示例中，根据本公开的耳塞可在外壳的外部表面处包括触摸界面。

另外，虽然上文描述的各种实施方案和示例主要聚焦于用于存储耳塞的耳塞盒，但是本公开的实施方案并不限于此并且上文描述的本公开的技术同等地适用于其它便捷式电子器件设备，包括可穿戴设备、智能电话盒平板电脑等。而且，本公开的其它实施方案适用于用于其它类型的耳内听音设备的盒。例如，在一个实施方案中，图1中描述的盒100可以是用于单个耳内听音设备而不是一对耳塞的盒。在这种实施方案中，单个腔可在尺寸盒形状被设定成保持耳内听音设备的外壳105内形成。类似地，在其它实施方案中，盒100的尺寸和形状可被设定成保持除包括助听器、耳机等之外的其它类型的便捷式听音设备。例如，在一些实施方案中，提供一种用于便携式听音设备的盒。盒可包括外壳，该外壳具有在所述外壳内形成的腔并且被配置为接收所述便捷式听音设备；盖，该盖附接到外壳并且能够在闭合位置与打开位置之间操作，在该闭合位置中盖对准在腔上方，在该打开位置中腔被暴露，从而使便捷式听音设备能够从外壳移除；一对电极，该一对电极与第一腔相邻定位在外壳内；以及充电电路，该充电电路耦接到该对电极以在便捷式听音设备接收在腔内时给便捷式听音设备的电池充电。充电电路可包括被耦接来接收DC功率信号并且将高频AC信号输出至该对电极的高频逆变器。鉴于本公开的教义，这些实施例、其它及其等同物是可能的。

Claims (19)

1.一种用于便携式听音设备的盒，所述盒包括：

外壳，所述外壳具有在所述外壳内形成的腔并且被配置为接收所述便携式听音设备，其中所述腔具有管状区段，所述管状区段从所述外壳的上部表面朝向所述外壳的底部表面延伸；

盖，所述盖附接到所述外壳并且能够在闭合位置与打开位置之间操作，在所述闭合位置中所述盖对准在所述腔上方，在所述打开位置中腔被暴露，从而使所述便携式听音设备能够从所述外壳移除；

一对电极，所述一对电极与所述腔相邻定位在所述外壳内，其中所述一对电极中的每个电极围绕所述管状区段的横截面；以及

充电电路，所述充电电路耦接到所述一对电极，所述充电电路包括高频逆变器，所述高频逆变器被耦接以接收DC功率信号并且被配置为将高频AC信号输出至所述一对电极以在所述便携式听音设备被接收在所述腔内时给所述便携式听音设备的电池充电。

2.根据权利要求1所述的用于便携式听音设备的盒，其中：

所述便携式听音设备是一对耳塞，并且所述外壳包括在所述外壳内形成的第一腔和第二腔，所述第一腔被配置为接收所述一对耳塞中的第一耳塞，并且所述第二腔被配置为接收所述一对耳塞中的第二耳塞；

所述盒还包括与所述第一腔相邻定位在所述外壳内的第一对电极和与所述第二腔相邻定位在所述外壳内的第二对电极；并且

所述充电电路耦接到所述第一对电极和所述第二对电极中的每一个并且被配置为将高频AC信号输出至所述第一对电极和所述第二对电极中的每一个。

3.一种用于一对耳塞的盒，所述盒包括：

外壳，所述外壳具有在所述外壳内形成的第一腔和第二腔，所述第一腔被配置为接收所述一对耳塞中的第一耳塞，并且所述第二腔被配置为接收所述一对耳塞中的第二耳塞；

盖，所述盖附接到所述外壳并且能够在闭合位置与打开位置之间操作，在所述闭合位置中所述盖对准在所述第一腔和所述第二腔上方，在所述打开位置中所述第一腔和所述第二腔被暴露，从而使所述一对耳塞能够从所述外壳移除；

第一对电极，所述第一对电极与所述第一腔相邻定位在所述外壳内；

第二对电极，所述第二对电极与所述第二腔相邻定位在所述外壳内；以及

充电电路，所述充电电路耦接到所述第一对电极和所述第二对电极，所述充电电路包括高频逆变器，所述高频逆变器被配置为接收DC功率信号并且将高频AC信号输出至所述第一对电极和所述第二对电极中的每一个，其中：

所述第一腔包括由所述外壳的内部表面限定的第一管状区段并且第二腔包括由所述外壳的内部表面限定的第二管状区段；

所述第一对电极包括包围所述第一管状区段的第一部分的第一电极和与所述第一电极间隔开并且包围所述第一管状区段的第二部分的第二电极；以及

所述第二对电极包括包围所述第二管状区段的第一部分的第三电极和与所述第三电极间隔开并且包围所述第二管状区段的第二部分的第四电极。

4.根据权利要求3所述的用于一对耳塞的盒，其中所述第一腔和所述第二腔中的每一个包括恒定的锥形，使得每个腔的上部部分比每个腔的底部部分具有更大横截面的开口。

5.根据权利要求3所述的用于一对耳塞的盒，其中所述第一管状区段和所述第二管状区段各自具有圆形横截面并且所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极各自具有圆形横截面。

6.根据权利要求3所述的用于一对耳塞的盒，其中所述第一管状区段和所述第二管状区段各自具有非圆形横截面并且所述第一电极和所述第二电极以及所述第三电极和所述第四电极各自具有分别稍微大于所述第一管状区段和所述第二管状区段的横截面形状的基本上类似的横截面形状。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的用于一对耳塞的盒，其中所述高频逆变器被配置为生成介于2-50MHz之间的AC信号，并且其中所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极中的每一个介于0.1微米至50微米厚之间。

8.根据权利要求7所述的用于一对耳塞的盒，其中所述外壳包括在所述第一管状区段和所述第二管状区段内形成的、覆盖所述第一对电极和所述第二对电极的介于5-25微米厚之间的薄型电介质表层。

9.一种耳塞，包括：

外壳，所述外壳包括扬声器外壳部分，所述扬声器外壳部分具有音频出口和延伸远离所述扬声器部分的杆外壳，

扬声器，所述扬声器设置在所述扬声器外壳部分中并且可操作地耦接以通过所述音频出口发射声音；

一对电极，所述一对电极包括围绕所述杆外壳的第一部分形成的第一电极和与所述第一电极间隔开并且形成在所述杆外壳的第二部分上方的第二电极；

无线天线和电路，所述无线天线和电路被耦接以通过所述天线接收无线信号；

电池；以及

充电电路，所述充电电路耦接在所述电池与所述一对电极之间，所述充电电路被配置为从通过所述一对电极电容地接收的电力给所述电池充电。

10.根据权利要求9所述的耳塞，其中所述杆外壳包括限定容纳所述电池和所述充电电路的腔的细长的管状构件，并且所述一对电极至少部分地包围所述电池和所述充电电路。

11.根据权利要求10所述的耳塞，其中所述细长的管状构件具有恒定的锥形，使得所述管状构件的远端具有比所述管状构件的与所述扬声器外壳相邻的一部分更小的横截面。

12.根据权利要求9所述的耳塞，其中所述第一电极和所述第二电极中的每一个介于0.1微米至50微米厚之间。

13.根据权利要求12所述的耳塞，其中所述外壳包括在所述杆外壳的所述第一部分和所述第二部分内形成的、覆盖所述第一对电极和所述第二对电极的介于5-25微米厚之间的薄型电介质表层。

14.根据权利要求9至13中任一项所述的耳塞，还包括形成在所述一对电极上方的电介质表层。

15.一种用于一对耳塞的盒，所述盒包括：

外壳，所述外壳具有在所述外壳内形成的第一腔和第二腔，所述第一腔被配置为接收所述一对耳塞中的第一耳塞，并且所述第二腔被配置为接收所述一对耳塞中的第二耳塞；

盖，所述盖附接到所述外壳并且能够在闭合位置与打开位置之间操作，在所述闭合位置中所述盖对准在所述第一腔和所述第二腔上方，在所述打开位置中所述第一腔和所述第二腔被暴露，从而使所述一对耳塞能够从所述外壳移除，所述盖包括当所述盖处于所述闭合位置中时，面向所述第一腔和所述第二腔的导电和柔顺区域；以及

充电电路，所述充电电路耦接到所述导电和柔顺区域，所述充电电路包括高频逆变器，所述高频逆变器被配置为接收DC功率信号并且将高频AC信号输出至所述第一对电极和所述第二对电极中的每一个。

16.根据权利要求15所述的用于一对耳塞的盒，其中所述导电和柔顺区域横跨覆盖所述第一腔和所述第二腔两者的区域在所述盖内延伸并且包括具有各向异性导电性的材料。

17.根据权利要求15所述的用于一对耳塞的盒，其中所述导电和柔顺区域包括多个电隔离区域，所述多个电隔离区域包括与所述第一腔间隔开的第一对导电和柔顺区域和与所述第二腔间隔开的第二对导电和柔顺区域。

18.一种耳塞，包括：

外壳，所述外壳包括扬声器外壳部分，所述扬声器外壳部分具有音频出口和延伸远离所述扬声器部分的杆外壳，

扬声器，所述扬声器设置在所述扬声器外壳部分中并且可操作地耦接以通过所述音频出口发射声音；

一对电极，所述一对电极包括在所述外壳的所述扬声器部分中形成的第一电极和与所述第一电极间隔开并且形成在所述外壳的所述扬声器部分中的第二电极；

电池；以及

充电电路，所述充电电路耦接在所述电池与所述一对电极之间，所述充电电路被配置为从通过所述一对电极电容地接收的电力给所述电池充电。

19.根据权利要求18所述的耳塞，还包括形成在所述一对电极上方的电介质表层。