CN102025289B - 便携发电装置及智能终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携发电装置，包括有同轴的定子和转子，所述转子沿轴旋转；所述定子上设有多个铁芯，所述铁芯上绕有金属线圈，各金属线圈之间相互连接；所述转子上设有与所述金属线圈相对应的磁铁体；其特征在于，所述转子为偏心轮结构；所述装置还包括有多个压电体和电压处理单元；压电体一端固定于定子上，压电体之间相互连接；所述压电体的电压输出端和所述金属线圈的电压输出端分别连接于电压处理单元；所述电压处理单元对所述压电体和所述金属线圈输出的电压分别进行整流，再一起滤波后输出。本发明便携发电装置可以将人体各个方向的自然运动产生的能量自动转化成电能，从而可作为智能终端的工作电源，非常实用。

Description

便携发电装置及智能终端

技术领域

本发明涉及便携发电装置，尤其涉及一种能用于智能终端中的便携发电装置以及具备便携发电装置的智能终端。

背景技术

随着电信新技术的推广，电信服务越来越多，各种服务的耗电量也增加，随之对智能终端的续航能力要求越来越高。当前，智能终端续航能力已成为智能终端发展的瓶颈。针对该现状，当前公知的解决措施主要是为智能终端选用高容量高性能的电池。然而这并没有从根本上解决智能终端续航能力问题，同时还增加了智能终端的体积和制造成本。

随着陶瓷发电技术的成熟，加之其高效率、快速响应以及结构简单的特点，越来越多的领域采用该技术为各种设备提供电能。如公开号为CN101645666A、公开日为2010年2月10日的中国专利申请公开了一种地面陶瓷压电发电机，其技术方案的核心是将日常生活中地面震动产生的能量转化为电能；公开号为CN1633009A、公开日为2005年6月29日的中国专利申请公开了一种利用公路系统振动能量压电发电的方法及系统，其技术方案的核心是利用汽车在公路上行驶时产生的地面震动发电为路边指示灯供电。目前，电磁发电已是一种很成熟的发电技术，然而公知的发电机采用圆周运动或是直线往复运动的方式将机械能转化为电能。这种发电装置需要为发电机转轴(或曲柄)提供固定方向的外力以驱动其发电。如公开号为CN101399857A、公开日为2009年4月1日的中国发明专利一种带发电功能的手机，其技术方案的核心是在手机内部装配的手摇发电机，在需要时，可以利用外壳上装配的摇柄来为手机电池充电。公开号为CN10167436A、公开日为2010年3月17日的中国发明专利公开了一种手捏式充电手机，其技术方案的核心是在需要时通过往复握捏一个和往复齿条相连的手柄，实现发电为手机充电。以上这些发明创造都需要使用者专门且固定的动作来实现发电，虽然可以为手机充电，但是由于需要使用者额外做功，这会造成使用上的诸多不便。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种便携发电装置及智能终端，只要使用者携带便携发电装置，就能实现自动发电，从而用作智能终端的电源。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种便携发电装置，包括有同轴的定子和转子，所述转子沿轴旋转；所述定子上设有至少一个金属芯，所述金属芯上绕有金属线圈；所述转子上设有与所述金属线圈相对应的磁铁体；所述转子为偏心轮结构；所述装置还包括有至少一个压电体、电压处理单元；压电体一端固定于所述定子上，压电体之间相互连接；所述压电体的电压输出端和所述金属线圈的电压输出端分别连接于电压处理单元；所述电压处理单元对所述压电体和所述金属线圈输出的电压分别进行整流，再一起滤波后输出。

优选地，所述定子为圆环状结构，所述金属芯为两个以上时，以圆周阵列方式设置于所述定子的内壁上，并且，所述金属芯以使所述金属芯轴向朝向所述定子的径向的方式设置。

优选地，所述磁铁体以圆周阵列方式设置于所述转子外圆周上，并且，所述磁铁体以使所述磁铁体的磁力线方向朝向所述转子的径向的方式设置。

优选地，所述压电体包括有金属膜电极、陶瓷压电体以及谐振块，其中，所述金属膜电极与所述陶瓷压电体相间设置。

优选地，所述压电体为两个以上时，所述压电体之间串联连接或并联连接；

所述各金属线圈之间相互连接具体为，各金属线圈的金属线之间首尾相互连接。

优选地，所述压电体一端固定于所述定子的内壁。

优选地，所述装置还包括端盖，所述端盖与所述转子的转轴固定连接，所述定子固定连接于所述端盖。

优选地，所述压电体设于所述端盖和所述转子间的间隙。

优选地，所述金属芯为铁芯、软铁芯或硅钢芯。

一种智能终端，包括前述的便携发电装置，所述便携发电装置与所述智能终端的工作电路连接，用作所述智能终端的电源。

本发明便携发电装置可以将人体各个方向(前后、左右、上下等)的自然运动产生的能量自动转化成电能；本发明便携发电装置采用磁发电和压电发电两种发电方式，使发电装置设计成的体积更小、厚度更薄，便于使用者随身携带，为各种智能终端充电。也可将本发明便携发电装置装配在智能终端内部，随时为智能终端充电。本发明便携发电装置发电时并不需要使用者专门做功，只需将其随身携带，不论其处在何种姿态，只要使用者有运动，它就能自动发电，使用非常便利。由于本发明便携发电装置可以随时为智能终端充电，这样就可有效地增加智能终端续航能力。本发明便携发电装置采用了薄环状磁发电机、并在其轴端加装陶瓷压电体，较大限度地减少了装置的体积，使其更适合便携式应用，或者是直接装配在智能终端上。

附图说明

图1为本发明便携发电装置的结构示意图；

图2为本发明便携发电装置的剖视图；

图3为本发明便携发电装置的电压处理单元的结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明便携发电装置的结构示意图，图2为本发明便携发电装置的剖视图，如图1、图2所示，本发明便携发电装置具体包括同轴的定子1、转子4，转子4能沿旋转轴旋转；定子1上设有多个铁芯，铁芯上绕有金属线圈2，各金属线圈2之间相互连接；转子4上设有与金属线圈2相对应的磁铁体4。本发明中，定子1为圆环形结构，定子1包括铁芯(未图示)和多组金属线圈2。本发明中，定子1兼做本发明便携发电装置的外壳。定子1可由强度较高的硅钢冲压而成，主要用于固定金属线圈2，为本发明便携发电装置的磁发电方式提供磁通路。金属线圈2绕制在定子1的铁芯上，各线圈之间按照“首-尾-尾-首”的方式依次连接。本发明中，铁芯以圆周阵列方式均匀分布于定子1上。

本发明中，上述的铁芯还可以是其他的金属芯或金属合金芯，如硅钢芯、软铁芯等，也可以使用其他金属芯，只要该金属或金属合金的导磁率足够大即可。

本发明中，转子4为偏心轮结构；转子为圆盘状，通过机加工处理将其中的一半挖空(可挖透、也可只是挖薄)处理，并在其外缘与定子上的金属线圈2相对处镶嵌永磁体3。永磁体3在镶嵌时要保证磁力线方向沿偏心轮径向，且要按照相邻反向的原则，即外端磁极按“N-S-N-S-N”方式装配。本发明中，转子4的偏心轮是指其重心偏移到一侧，由于重力作用，该飞轮将自然下垂。也就是说，转子4有非稳定的结构，在有外力如使用者行走或乘坐交通工具时，转子4将会因偏心轮的重心不在旋转轴附件而旋转，从而带动永磁体3旋转，即实现了对金属线圈2的磁力线切割，使在金属线圈2中形成电流，实现发电功能。

本发明中，为充分发挥本发明便携发电装置的发电功能，还设置有压电体5。本发明中的压电体具体为陶瓷压电体，由几组多层陶瓷压电体组成，每组陶瓷压电体由多层弹性金属膜(兼做电极)、陶瓷压电体以及谐振块组成，其中金属膜电极与陶瓷压电体相间布置。金属膜、陶瓷压电体和谐振块都通过电镀及其它热处理工艺，做成一个紧密的整体。通过调整谐振块的质量、形状以及安装位置可以调整各陶瓷压电体的固有谐振频率，已到达最大发电效率。根据不同需求可以将这几组陶瓷压电体采用并联或是串联的方式连接。并联方式是将所有陶瓷压电体的正极都接在一起，所有负极都接在一起。串联方式采用“正-负-正-负”的连接方式将各陶瓷压电体连接在一起。并联方式输出的电压低但电流大，而串联连接方式输出的电压高但电流小。压电材料可选用转换效率较高的铁电材料或PZT陶瓷压电。谐振块可采用比重较大的金属铜制成环状压接或是焊接在陶瓷压电体5上，通过调整其质量以及环状大小可以调节其谐振频率，以达到最大发电效率。本发明便携发电装置中陶瓷压电体中间挖空并且采用环状谐振块，可以进一步提高发电机的发电效率。图2中示出了四个陶瓷压电体5，每个陶瓷压电体5的输出引线串联连接，连接时注意极性，做到“正-负-正-负”的方式连接。

如图2所示，压电体5一端固定于定子1的内壁上，另一端自由。这样，当使用者运动时，藉由压电体5自由端的运动，实现发电。

本发明中，压电体5可以设置多个，设置的越多发电效率越高。

本发明中的金属芯最好也设置为多个，设置的金属芯数量越多，本发明的便携发电装置的发电效果越佳。

如图2所示，本发明便携发电装置还包括端盖，端盖具体包括左端盖和右端盖。或如图2所示为左侧端盖8、右侧端盖9。定子1与左侧端盖8、右侧端盖9通过螺丝装配。偏心飞轮(转子4)的轴套与左侧端盖8转轴之间为间隙配合，使飞轮可灵活转动。左侧端盖轴肩和右侧端盖9上的轴套对转子起轴向定位作用；陶瓷压电体5通过绝缘胶垫7固定压装在定子1上；电路板10装配于右侧端盖9和定子1之间，通过绝缘胶垫7与陶瓷压电体5绝缘。

考虑到陶瓷发电机理和磁发电机理不同，而且在某一时刻它们输出的极性也不一定相同，因此本发明采用各自独立的整流电路。图3为本发明便携发电装置的电压处理单元的结构示意图，如图3所示，AC1、AC2接金属线圈的绕出线，AC3、AC4接陶瓷发电体输出线。磁发电机和陶瓷发电机输出电压经过全桥整流桥Z1、Z2后，变为脉冲的直流电压，再经过滤波电容C1滤波后输入到DC-DC电压变换器D2将输入电压变换成输出电压(即智能终端所需的电压)。电容C2为DC-DC输出滤波电容。D1为稳压二极管，其反向导通电压选定在比D2输入保护电压略低，这样一方面可以起到保护D2和电容C1的作用，另一方面也可避免出现D2锁死现象。锁死现象是指，当整流滤波输出电压超过DC-DC的过电压保护阈值时，DC-DC会自动保护停止工作。DC-DC停止工作后，整流滤波输出电压就没有了放电回路，这样造成输入电压进一步上升，从而导致输出端长时间没有输出。

在重力作用下，偏心飞轮将自然下垂。当使用者运动时，偏心飞轮会随之产生往复运动(沿轴的横断面)，这样磁发电机线圈与永久磁铁产生相对运动。线圈磁通发生变化，发电机线圈就发出交流电。于此同时，陶瓷压电体5和谐振块6将产生轴向振动，陶瓷压电体5将振动的动能转化为电能。磁发电机和陶瓷压电体发出的都是交流电。通过线路板10上面的整流、滤波以及电压变换电路可将交流电转换为智能终端需要的各种电压。

本发明中，陶瓷压电体直径为40mm，厚度为0.37mm，人正常行走过程中，每个陶瓷压电体可平均提供18mW的功率，四个陶瓷压电体可以提供72mW的功率。在人体正常行走过程中磁发电机可以产生约110mW的功率。整个装置可以提供约182mW的功率。目前普通手机的待机功率约为12～20mW，因而待机时有足够的功率余量为电池充电。这样在正常使用手机时，只要有运动就可以为手机电池充电，增加电池的续航能力。

本发明的便携发电装置可应用于各种智能终端中，具体的，可将本发明的便携发电装置设于各种智能终端中，并与智能终端的工作电路连接，以用作智能终端的工作电源。智能终端如手机、掌上电脑、个人数字助理等。当然，智能终端也可以是笔记本、移动PC等终端。

当然，本发明便携发电装置并不限于上述的尺寸，本领域技术人员应当理解，可依据智能终端的体积而对应设置本发明便携发电装置的尺寸。当然，也可以将本发明便携发电装置设置为较大的尺寸，使用时用作智能终端的外部电源即可。

本发明便携发电装置也可装置于交通工具中，如设置于汽车内，以方便用户边驾驶汽车也能为驾驶者自己的智能终端提供电源。

本发明同时记载了设置有上述便携发电装置的智能终端。智能终端如手机、掌上电脑、个人数字助理等。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种便携发电装置，其特征在于，所述装置包括有同轴的定子和转子，所述转子沿轴旋转；所述定子上设有至少一个金属芯，所述金属芯上绕有金属线圈；所述转子上设有与所述金属线圈相对应的磁铁体；所述转子为偏心轮结构；所述装置还包括有至少一个压电体、电压处理单元；压电体一端固定于所述定子上，压电体之间相互连接；所述压电体的电压输出端和所述金属线圈的电压输出端分别连接于电压处理单元；所述电压处理单元对所述压电体和所述金属线圈输出的电压分别独立进行整流，再一起滤波后输出。

2.根据权利要求1所述的便携发电装置，其特征在于，所述定子为圆环状结构，所述金属芯为两个以上时，以圆周阵列方式设置于所述定子的内壁上，并且，所述金属芯以使所述金属芯轴向朝向所述定子的径向的方式设置。

3.根据权利要求1所述的便携发电装置，其特征在于，所述磁铁体以圆周阵列方式设置于所述转子外圆周上，并且，所述磁铁体以使所述磁铁体的磁力线方向朝向所述转子的径向的方式设置。

4.根据权利要求1所述的便携发电装置，其特征在于，所述压电体包括有金属膜电极、陶瓷压电体以及谐振块，其中，所述金属膜电极与所述陶瓷压电体相间设置。

5.根据权利要求2所述的便携发电装置，其特征在于，所述压电体为两个以上时，所述压电体之间串联连接或并联连接；

所述各金属线圈之间相互连接具体为，各金属线圈的金属线之间首尾相互连接。

6.根据权利要求1所述的便携发电装置，其特征在于，所述压电体一端固定于所述定子的内壁。

7.根据权利要求1所述的便携发电装置，其特征在于，所述装置还包括端盖，所述端盖与所述转子的转轴固定连接，所述定子固定连接于所述端盖。

8.根据权利要求7所述的便携发电装置，其特征在于，所述压电体设于所述端盖和所述转子间的间隙。

9.根据权利要求1至8任一项所述的便携发电装置，其特征在于，所述金属芯为铁芯、软铁芯或硅钢芯。

10.一种智能终端，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的便携发电装置，所述便携发电装置与所述智能终端的工作电路连接，用作所述智能终端的电源。