阅读说明：本技术 热电手表 (Thermoelectric watch ) 是由 A·约诺德 F·盖斯萨斯 Y·费里 于 2019-06-04 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种热电手表(PH),其包括热电模块(MT),该热电模块包括通过半导体柱(PS)连接的热板(PC)和冷板(PF),其中热板(PC)热连接到手表(PH)的后盖(FD),冷板(PF)通过具有至少两个分支部(BC)的支承元件(SP)热连接到手表(PH)的表壳中间件(CR),所述至少两个分支部(BC)具有公共端(EX1),所述热电模块(MT)的冷板(PF)被保持在该公共端上,并且所述至少两个分支部(BC)是柔性的以吸收冲击。(The invention relates to a thermoelectric watch (PH) comprising a thermoelectric Module (MT) comprising a hot Plate (PC) and a cold Plate (PF) connected by a semiconductor Pillar (PS), wherein the hot Plate (PC) is thermally connected to a back cover (FD) of the watch (PH), the cold Plate (PF) is thermally connected to a case middle (CR) of the watch (PH) by a support element (SP) having at least two Branches (BC) having a common end (EX1) on which the cold Plate (PF) of the thermoelectric Module (MT) is held, and the at least two Branches (BC) are flexible to absorb shocks.)

热电手表

技术领域

本发明涉及设有热电发电机的手表——称为热电手表——的技术领域。

背景技术

这种热电发电机将热通量转换成电能，该电能可用于为手表的电子装置(手表机芯、表盘照明装置等)供电。参照图1，热电发电机GT以传统方式包括热电模块MT和输电线路CT。热电模块MT包括冷板PF和热板PC，它们是电绝缘的，基本上彼此平行，并且各自带有彼此相邻地设置的导电线连接器DMf、DMc。热电模块MT还包括在热板PC的线连接器DMc与冷板PF的线连接器DMf之间延伸的半导体柱PS。半导体柱PS定位成使得热板PC的每个线连接器DMc通过一对半导体柱PS连接到冷板PF的两个线连接器DMf，所述一对半导体柱PS包括一个n掺杂半导体柱和一个p掺杂半导体柱，并且冷板PF的每个线连接器DMf除了两端的线连接器DMfe之外连接到热板PC的两个线连接器DMc。因此，半导体柱PS串联电连接并且并联热连接。最后，输电回路CT将冷板PF的两个端部线连接器DMfe连接到待供电的电气装置。

以传统方式，热板与表的后盖热串联，并且冷板与表壳中间件热串联。当热板通过传递从手表佩戴者的手腕释放的自然热来加热时，热板与冷板之间存在温差。该温度梯度经由第一板的线连接器与第二板的线连接器之间的塞贝克效应产生电势差。然后，该电位差经由输电线路传送到待供电的电气装置。应注意，输电线路有利地包括升压器，使得即使在热通量低的情况下，热电发电机也可以为电气装置供电。

为了使温度梯度最大化，热电模块必须一方面与后盖且另一方面与表壳中间件保持最佳热接触。参照图2，该最佳热接触通常意味着保持一方面后盖FD与热电模块MT之间以及另一方面热电模块MT与热和机械地连接到表壳中间件CR的支承板ES之间的压力。然而，对于这样的系统，对表壳中间件CR的冲击容易传播到热电模块MT，这可能会导致热电模块MT的劣化，热电模块MT的热板PC和冷板PF是易碎的。

发明内容

为了克服此问题，提出了一种根据权利要求1所述的手表。

因此，提出提供一种支承元件，其设有至少两个分支部，该至少两个分支部具有公共端，在该公共端处发生与热电模块的冷板的热接触；分支部的另一端——称为第二端——要与表壳中间件成一体。由于柔性分支部，支承元件起到减震器的作用，以防止对表壳中间件的冲击传播到热电模块。因此，支承元件具有热导体和具有受控刚度的机械弹性件的双重功能。由于刚度根据产品ab3而变化并且热导根据产品ab而变化，其中a和b分别是分支部的宽度和厚度，所以可以通过谨慎选择分支部的尺寸a和b来优化支承元件的热和机械参数。

此外，本发明可以包括在从属权利要求中定义的特征。

在一个实施例中，支承元件包括经过分支部的第二端的金属环，并且该金属环固定到表壳中间件，使得第二端通过该金属环连接到表壳中间件。因此，这优化了支承元件到表壳中间件的附接。支承元件环例如被挤压和/或接合到表壳中间件上。

支承元件可以是或可以不是一体的。分支部可以具有或不具有相同的长度，使得热电模块相对于表壳中间件居中或偏离中心。支承元件可以由仅一种材料(铝、铜、CuBe等)或材料组件(例如，包括具有高导热系数的石墨)制成。

在一个实施例中，具有高导热系数和高机械阻尼的承载件放置在后盖与热电模块之间的界面处。在可以与前一句中提到的实施例组合的实施例中，具有高热导系数和高机械阻尼的承载件放置在热电模块与支承元件之间的界面处。承载件可以由玻璃增强的弹性体形成。

在一个实施例中，后盖包括：

-由导热材料(例如铝、CuBe等)制成的一导热部件，其布置成在手表被佩戴时与手腕接触并将热通量引向热电模块。有利地，在手腕侧，导热部件的表面覆盖整个后盖表面的大部分，但是在热电模块侧(即与手腕侧相对的一侧)，导热部件的表面几乎不大于热板的表面：因此存在大的热通量去除表面，但是热通量然后仅朝向热电模块集中。

-由绝热材料(例如ABS、聚酰胺等)制成的一绝热部件，其布置成减少直接从手表的后盖来到表壳中间件而不通过热电模块的热通量。绝热部件的外周区域要固定到表壳中间件；绝热部件的中心区域在手腕侧被导热部件覆盖。

导热部件和绝热部件可采用多种形式以优化传导和绝热功能并产生装饰效果。导热部件和绝热部件可以借助于热电模块侧的弹性挡圈通过压接、粘合剂等组装。

在一个实施例中，绝热部件在热电模块侧是空心的以减小其厚度。更具体地，绝热部件的中心区域的厚度小于绝热部件的外周区域的厚度。其原因在于空气是比可形成绝热部件的任何材料更好的绝热材料(因为，对于如此小的尺寸，不会发生空气对流现象)。还可以设想用另一种更加绝热的气体(例如氩气、CO2或六氟化硫SF6)代替空气。

同样，承载热电发电机所连接的部件的板可以是中空的，以增加空气(或气体)的体积，从而改善手表的后盖与内部手表元件之间的热绝缘。

在一个实施例中，为了增强由于上述原因而必须具有小厚度的绝热部件，位于手腕侧的导热部件或位于热电模块侧的绝热部件包括刚性臂。这些臂可以由与导热部件和绝热部件相同或不同的材料制成。

在一个实施例中，用作热辐射屏蔽件的盘形件布置在位于热电模块侧的绝热部件的中心区域上，以通过防止利用辐射进行的热交换来改善热绝缘。用作热辐射屏蔽件的材料可以是在环境温度下具有低热辐射率的材料，例如喷涂、蒸镀或涂装铝等。热辐射盘形件可以替代地由分多层沉积在PET或其它类型的膜的材料如救生毯那样的制成，然后加到表壳背面，金面贴靠在后盖上。应注意，该热辐射盘形件还起到法拉第笼的作用，从而保护手表不受静电放电的影响。

在一个实施例中，支承元件的机械刚度K在0.15N/mm和2800N/mm之间、优选地12.8N/mm和104.8N/mm之间的范围内。

在一个实施例中，支承元件的热导C在6.7mW/K和840mW/K之间、优选地47mW/K和198mW/K之间的范围内。

在一个实施例中，支承元件包括接合到分支部的石墨基膜，并且所述石墨基膜优选具有至少400W/m/K的导热系数。石墨基膜增加了分支部的热导。

在一个实施例中，所述至少两个分支部由铝制成。

附图说明

根据以下参照附图通过非限制性的说明给出的描述，其它特征和优点将清楚地显现，在附图中：

-上述图1表示可以用于为手表提供电能的热电发电机。

-上述图2表示安装在手表后盖中的图1的热电发电机的模块。

-图3表示根据本发明的一个实施例的热电手表的半分解图。

-图4表示根据本发明的一个实施例的热电手表的热电模块的表壳中间件和支承元件。

-图5表示在移除了后盖的情况下从后盖侧看去的根据本发明的一个实施例的热电手表。

-图6表示从手腕侧看去的根据本发明的一个实施例的热电手表的后盖。

-图7表示从热电模块侧看去的根据本发明的一个实施例的热电手表的后盖。

-图8表示从手腕侧看去的根据本发明的一个实施例的热电手表的后盖。

-图9表示根据本发明一个实施例的热电手表的后盖，从热电模块侧看。

-图10表示在移除了后盖的情况下从后盖侧看去的根据本发明的一个实施例的热电手表。

-图11表示置于热辐射屏蔽件上的从热电模块侧看去的根据本发明的一个实施例的热电手表的后盖。

具体实施方式

图3是根据本发明的一个实施例的热电手表PH的元件的分解图。手表PH包括：

-表壳中间件CR；

-安装在表壳中间件CR中的板PT；

-要被供应电能并由板PT承载的元件EA；

-固定到表壳中间件CR的后盖FD；

-包括热电模块MT的热电发电机，所述热电模块MT包括热板PC、冷板PF和在热板PC与冷板PF之间延伸的半导体柱PS；

-在后盖FD与板PT之间机械地连接到的表壳中间件CR的支承元件SP，热电模块MT设置在支承元件SP与后盖FD之间。

支承元件SP具有减震器(保护热电模块免受任何冲击)和用于朝向表壳中间件CR去除热量的装置的双重功能。

支承元件SP由环AN和从环AN朝向彼此延伸的多个分支部BC形成。因此，分支部BC具有公共端EX1(在分支部全部基本上具有相同长度的情况下在环的中心处，否则相对于环偏离中心)。被称为第二端EX2的分支部的另一端连接到环AN。所述环AN固定在表壳中间件CR上；例如，环AN被挤压和/或粘接和/或螺接和/或夹持在表壳中间件CR上。或者，可以设想不具有环AN的支承元件SP，并且分支部的两个端部EX2直接固定(例如，粘合)在表壳中间件CR上。环AN不需要是良好的热导体(钢环即可)，但是分支部BC必须是良好的热导体：因此，它们有利地由铜、银、金、铝或基于这些材料的合金制成。此外，在图3的实施例中，存在四个分支部BC，但是可以存在更多或更少的分支部。图4示出了一个实施例，其中支承元件SP具有三个分支部BC。

分支部BC是柔性的以吸收冲击。由于它们的柔性，分支部在发生冲击时可以变形。此外，它们传导热量。具有N个相同长度为l的分支部的支承元件的热导的特征由下式给出：其中，a是宽度，b是N个分支部的厚度，λ是所用材料的导热系数。具有N个分支部的支承元件的机械刚度K由下式给出：其中E是所用材料的弹性模量。

彼此独立地，各参数落入以下范围内：N在1和8之间，a在2mm和10mm之间，b在0.2mm和1.0mm之间，l在10mm和25mm之间。根据所寻求的阻尼，选择参数以获得落入0.15N/mm和2800N/mm之间的范围内的刚度K和6.7W/K至840mW/K之间的热导C。

优选地，N被选择为具有2至4个分支部，a在4mm和6mm之间，b在0.45mm和0.55mm之间，l在14mm和16mm之间。有利地，寻求获得在12.8N/mm和104.8N/mm之间的刚度K和在47mW/K和198mW/K之间的热导C。

如果选择例如铝的材料，其中导热系数λ＝210W/m/K且弹性模量E＝72GPa，可通过改变诸如分支部数N等参数以及它们的尺寸a、b和l，可以在很大范围内调整热导C和机械刚度K。

例如，对于N＝2的具有以下尺寸的两个分支部：l＝14mm，a＝5mm且b＝0.5mm，得到C＝75mW/K和K＝32.8N/mm。如果需要的话，刚度可以增加约20％，同时保持热导。为了实现这一点，将厚度b增加10％，并将宽度a增加10％，从而得到a＝4.5mm，b＝0.55mm，C＝74mW/K，K＝39.3N/mm。

为了显著改善沿着分支部的热导，可以将具有约400W/m/K的高导热系数的石墨基膜(例如，的)与分支部结合。将厚度为0.13mm且宽度为5mm的膜结合到分支部的整个长度l上，以对具有宽度a＝5mm、厚度b＝0.50mm且长度l＝14mm的2个分支部的结构的热导增加37mW/K的额外热导，以获得112mW/K而不是75mW/K的热导C。

热电模块MT位于分支部BC的公共端EX1处，并且冷板PF直接或间接地与所述公共端EX1接触。在冷板PF间接地与分支部BC的公共端EX1接触的情况下，具有高导热系数和高机械阻尼的承载件Cf位于冷板PF与公共端EX1之间，如图5所示。对于PC板，它也直接或间接地与后盖FD接触。在热板PC间接地与后盖FD接触的情况下，具有高导热系数和高机械阻尼的承载件CSc位于热板PC与后盖FD之间；所述承载件CSc如图7所示。这种类型的承载件可以由用玻璃、碳、石墨或金刚石增强的弹性体制成。

如图6和7所示，后盖FD由两个部件形成：中心导热部件CD和绝热部件IS。绝热部件IS本身由两个区域形成：中心区域ISc和外周区域ISp。在手腕侧(参见图6)，导热部件CD覆盖绝热部件IS的中心区域ISc，并且绝热部件IS的外周区域ISp围绕导热部件CD。此外，绝热部件IS的中心区域ISc包括通孔(在图7的实施例中位于中心处，但是可以替代地偏离中心，取决于热电模块的位置)，从而形成导热部件CD的可从热电模块侧接近的区域，称为接触区域CDz。接触区域CDz要与热电模块MT直接或间接接触。因此，当手表被佩戴时，导热部件CD的一侧与手腕接触，并且热通量穿过导热部件CD，来到接触区域CDz并被引导穿过热电模块MT的热板PC。绝热部件IS使得可以限制在手腕与所述热电手表(PH)的表壳中间件(CR)之间的且不通过热电模块(MT)的热通量。换句话说，热通量通过穿过热电模块MT而被迫从后盖FD传递到表壳中间件CR。

在图7的实施例中，导热部件CD借助于弹性挡圈CL固定到接触区域CDz中的绝热部件IS。或者，导热部件CD可以借助于压接部TS固定到接触区域CDz处的绝热部件，与图9所示的实施例的情况一样。

还应注意，绝热部件IS的中心区域ISc的厚度小于外周区域ISp的厚度，使得后盖FD从热电模块侧看去具有中空外观。外周区域ISp要固定到表壳中间件CR，因此该外周区域包括安装孔FX并且必须是实心的，因此包括其厚度。相反，在热电模块侧，中心区域ISc面向支承元件SP的分支部BC。由于空气是比用于制造绝热部件IS的任何材料更好的绝热材料，因此优选将中心区域ISc移离分支部BC以增加绝热性。空容积可以替代地被填充比空气更好的绝热气体，例如氩气。应注意，该容积可替代地被填充聚氨酯泡沫。此外，为了增加所述容积并由此改善绝热性，有利的是也使板PT中空，如图3和10所示。

图8示出了位于手腕侧的导热部件CD的替代形式。在该实施例中，导热部件CD包括加强臂BR，以便机械地加强所述中心区域ISc，特别是在后者由于其较小的厚度而变得脆弱时。有利地，这些臂BR径向延伸并覆盖绝热部件IS的外周区域ISp。通过在中心区域ISc上安装在热电模块侧径向延伸的臂BR’，机械增强也可以形成在中心区域ISc本身中。图9表示这样的实施例。

此外，在图11所示的实施例中，手表PH具有热辐射屏蔽件EC，其覆盖位于热电模块侧的绝热部件IS的中心区域ISc，并且防止表壳背面FD与支承元件SP之间通过辐射进行的热交换。热辐射屏蔽件EC有利地与救生毯以相同的方式制造，其中铝面转向支承元件，并且金面(由塑料制成)被隐藏。热辐射屏蔽件EC在其外周上被结合或夹持在后盖FD与表壳中间件CR之间。鉴于热辐射屏蔽件EC具有金属面，它还用作法拉第屏，以保护手表PH免受任何静电放电。热辐射屏蔽件EC可以替代地通过铝的蒸镀或通过在位于热电模块侧的绝热部件IS的中心区域ISc上施加喷雾来制造。

当然，本发明不限于所说明的示例，而是能够有对本领域技术人员来说显而易见的各种变型和改型。