CN107147333A - 一种便携式智能装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种便携式智能装置，包括处理模块和自发电模块，自发电模块能够在佩戴者运动过程中产生机械应力，根据机械应力改变自发电模块的磁性性质，以产生感应电压，并利用感应电压为处理模块供电；自发电模块可以代替传统的电源，并将佩戴者运动过程中产生的动能转换为电能，为处理模块供电，节能环保，在不方便充电的环境下，也可以实现便携式智能装置的持续使用，提高其续航能力。
Description
技术领域
本发明涉及电子产品技术领域，具体涉及一种便携式智能装置。
背景技术
近几年来随着智能科技的发展，便携式智能产品逐渐走入了人们的生活，通过便携式智能产品，用户可以记录日常生活中的锻炼、睡眠、饮食等实时数据，并将这些数据与手机、平板电脑等同步，起到通过数据指导健康生活的作用。
现有的便携式智能装置通常依靠为电池充电实现供电，不符合节能减耗的要求。而且，一次充电一般只可以维持10天左右，在特定的使用环境下，充电不便，影响便携式智能装置的持续使用。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供一种便携式智能装置，用以至少部分解决续航能力差的问题，以及不环保的问题。
本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案：
本发明提供一种便携式智能装置，包括处理模块，还包括自发电模块，所述自发电模块用于，在佩戴者运动过程中产生机械应力，根据所述机械应力改变所述自发电模块的磁性性质，以产生感应电压，并利用所述感应电压为所述处理模块供电。
优选的，所述自发电模块包括：磁性元件、磁致伸缩元件和套设在所述磁致伸缩元件上的感应线圈，所述感应线圈接入闭合电路中，所述磁性元件能够形成与所述磁致伸缩元件的设置方向相同的磁场，所述磁致伸缩元件位于所述磁场内；
所述自发电模块具体用于，在佩戴者运动过程中对所述磁致伸缩元件产生机械应力，利用所述机械应力改变所述磁致伸缩元件的导磁性能，以改变所述磁场的磁通量，使所述感应线圈产生感应电压。
优选的，所述磁致伸缩元件的第一端固定在所述便携式智能装置的外壳上，所述磁致伸缩元件的第二端为自由端；
所述自发电模块还包括配重块，所述配重块与所述磁致伸缩元件的第二端相连，用于在佩戴者运动过程中带动所述磁致伸缩元件的第二端摆动，以对所述磁致伸缩元件产生机械应力。
优选的，所述磁致伸缩元件呈条状，且水平设置。
优选的，所述磁致伸缩元件的材料为铁镓合金。
优选的，所述自发电模块为多个，各所述自发电模块并联。
进一步的，所述便携式智能装置还包括储能元件，所述储能元件分别与所述自发电模块和所述处理模块相连，用于存储所述自发电模块产生的电能，并利用所述电能为所述处理模块供电。
优选的，所述储能元件为电容。
优选的，所述储能元件为超级电容。
优选的，所述处理模块为计步器，所述便携式智能装置为智能手环。
本发明能够实现以下有益效果：
本发明的便携式智能装置包括处理模块和自发电模块，自发电模块能够在佩戴者运动过程中产生机械应力，根据机械应力改变自发电模块的磁性性质，以产生感应电压，并利用感应电压为处理模块供电；自发电模块可以代替传统的电源，并将佩戴者运动过程中产生的动能转换为电能，为处理模块供电，节能环保，在不方便充电的环境下，也可以实现便携式智能装置的持续使用，提高其续航能力。
附图说明
图1为本发明的便携式智能装置的结构示意图。
图例说明：
1、处理模块 2、自发电模块 3、磁场
4、闭合电路 5、第一固定块 6、外壳
7、第二固定块 8、配重块 9、储能元件
21、磁性元件 22、磁致伸缩元件 23、感应线圈
211、第一磁铁 212、第二磁铁 221、第一端
222、第二端
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供一种便携式智能装置，以供佩戴者随身携带，所述便携式智能装置包括处理模块1，还包括自发电模块2，自发电模块2用于，在佩戴者运动过程中产生机械应力，根据所述机械应力改变自发电模块2的磁性性质，以产生感应电压，并利用所述感应电压为处理模块1供电。
本发明的便携式智能装置中的自发电模块2可以代替传统的电源，并将佩戴者运动过程中产生的动能转换为电能，为处理模块1供电，节能环保，在不方便充电的环境下，也可以实现便携式智能装置的持续使用，提高其续航能力。
以下结合图1，对自发电模块2的具体结构进行详细说明。
如图1所示，自发电模块2包括：磁性元件21、磁致伸缩元件22和套设在磁致伸缩元件22上的感应线圈23，感应线圈23接入闭合电路4中，即感应线圈23作为闭合电路4的一部分。磁性元件21能够形成与磁致伸缩元件21的设置方向相同的磁场3，磁致伸缩元件22位于磁场3内。
具体的，自发电模块2能够在佩戴者运动过程中，对磁致伸缩元件22产生机械应力，利用所述机械应力改变磁致伸缩元件22的导磁性能，从而改变磁场3的磁通量，使感应线圈23产生感应电压。
本发明的自发电模块2的工作原理是：随着佩戴者运动产生机械应力，在机械应力作用下，根据磁致弹性效应改变铁磁性材料的导磁性能，再利用电磁感应原理，产生感应电流，从而实现发电。
磁致弹性效应与磁致伸缩效应相反，因此也被称为逆磁致伸缩效应和压磁效应，是指在机械应力的作用下(通常伴随尺寸、形状的微小变化)，铁磁性材料的内部产生应变，铁磁材料的导磁性能相应随着改变的现象。
在本发明实施例中，磁致伸缩元件22为铁磁性材料，佩戴者随身佩戴便携式智能装置，随着佩戴者运动，磁致伸缩元件22发生摆动或振动，发生弯曲变形，在磁致伸缩元件22的内部产生机械应力，产生的机械应力改变磁致伸缩元件22的磁导率μ。磁导率μ是表征磁介质磁性的物理量，表示在空间或在磁芯空间中的线圈流过电流后、产生磁通的阻力、或者是其在磁场中导通磁力线的能力。磁导率μ的公式为：μ＝B/H，其中，H为磁场强度、B为磁感应强度。由于磁场强度H为磁性元件21产生的磁场强度，磁场强度H不会随佩戴者的运动发生改变，因此，通过上述公式可以看出，当磁导率μ发生变化时，磁感应强度B相应也发生变化。而磁通量Φ的计算公式为：Φ＝BS，其中，B为磁感应强度，S为曲面面积，S始终不变，因此，当磁感应强度B变化时，相应的磁通量Φ发生变化。
进一步的，根据电磁感应原理，感应线圈位于闭合电路4中，磁通量Φ发生变化，感应线圈23上产生感应电流(即产生感应电动势)，从而自发电模块2实现发电。
在本发明实施例中，磁性元件21包括第一磁铁211和第二磁铁212，第一磁铁211和第二磁铁212的极性相反，即一个为N极，一个为S极，这样，在第一磁铁211和第二磁铁212之间产生磁场3。第一磁铁211和第二磁铁212通过第一固定块5固定，第一磁铁211和第二磁铁212的安装位置不会干涉磁致伸缩元件21的摆动或震动。第一磁铁211和第二磁铁212形成的磁场3的方向与磁致伸缩元件21的设置方向相同。
需要说明的是，磁场3内的磁力线为闭合曲线，图1只示出了邻近磁性伸缩元件22一侧的部分磁力线。当然，本领域技术人员可知，磁性元件21不限于磁性相反的两个磁铁，也可以为一个U型磁铁，U型磁铁的一端为N极，另一端为S极，同样能够产生图1所示的磁场3。
如图1所示，磁致伸缩元件22的第一端221固定在所述便携式智能装置的外壳6上，磁致伸缩元件22的第二端222为自由端，即第二端222与外壳6不固定，第一端221可以通过第二固定块7与外壳6固定连接。
进一步的，自发电模块2还可以包括配重块8，配重块8与磁致伸缩元件22的第二端222相连，用于在佩戴者运动过程中带动磁致伸缩元件22的第二端222摆动或振动，以辅助对磁致伸缩元件22产生机械应力。
优选的，配重块8可以选用质量较大的金属配重块，但是，配重块8的材料并不限于金属，本领域技术人员可知，任何具有一定重量，能够在佩戴者运动过程中带动磁致伸缩元件22的第二端222摆动或振动的配重块8的材料及体积，均在本发明的保护范围之内。
为了增加自发电模块2产生的感应电压，在本发明实施例中，如图1所示，优选的，磁致伸缩元件22呈条状且水平设置，也就是说，磁性元件21产生的磁场3的方向为水平方向。这样，当佩戴者运动时，磁致伸缩元件22的第二端222可以借助重力的作用产生较大幅度的摆动或振动(上下摆动或上下振动)，相应增加产生的机械应力，从而增加产生的感应电压的量。当然，本领域技术人员可知，磁性元件21和磁致伸缩元件22的设置方向不限于此，例如，也可以与水平方向呈一定角度设置，或者，磁致伸缩元件22竖直设置，且磁性元件21形成竖直方向的磁场，当佩戴者运动时，磁致伸缩元件22能够左右摆动或振动。
磁致伸缩元件22的材料可以选用镍铁合金(FeNi)或铁铝合金(FeAl)，优选的，磁致伸缩元件22的材料为铁镓合金。研究表明铁镓合金不仅在较小的应力变化下会引起较高的磁导率变化，而且铁镓合金有较高的机械强度和较好的延展性和温度特性
需要说明的是，自发电模块2可以设置多个，各自发电模块2并联，这样，一旦其中一个自发电模块2发生故障，其他的自发电模块也可以为处理模块1供电。
进一步的，如图1所示，所述便携式智能装置还包括储能元件9，储能元件9分别与自发电模块2和处理模块1相连，用于存储自发电模块2产生的电能，并利用所述电能为处理模块1供电。利用储能元件9，可以对自发电模块2在佩戴者运动时产生的电能进行存储，当佩戴者静止时，即可利用储能元件9中存储的电能为处理模块1供电。
储能元件9包括电容、储能芯片和外围电路，所述储能芯片可以选用MAX1811芯片，能够将自发电模块2产生的感应电压进行稳压，并且将产生的电能存储在电容里。
优选的，储能元件9为超级电容。超级电容不同于传统的化学储能元件，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的储能元件。超级电容主要依靠双电层和氧化还原赝电容电荷储存电能，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此，超级电容器可以反复充放电数十万次，使用寿命长。而且，超级电容还具有功率密度高、充放电时间短、工作温度范围宽等特点。
为了清楚说明本发明的技术方案，以下结合图1，对所述便携式智能装置的工作过程进行详细说明。
当佩戴者佩戴着所述便携式智能装置运动时，配重块8在重力作用下上下振动，带动磁致伸缩元件22上下摆动，因此磁致伸缩元件22发生弯曲变形，这样磁性元件21产生的磁场3的磁通量会发生变化，使感应线圈23产生感应电压，由此，自发电模块2可以直接作为电源供为处理模块1供电。在不使用所述便携式智能装置的时候，可以将电量存储在储能元件9里。
在本发明实施例中，处理模块1为计步器，用于统计佩戴者的步数、运动距离、运动速度、运动时间等数据，还可以测算卡路里或热量消耗。
在本发明实施例中，所述便携式智能装置为智能手环。需要说明的是，便携式智能装置不限于智能手环，例如，还可以为智能手表、电子阅读器、电子宠物等，相应的，处理模块1的功能也不限于计步器的功能，而是与所述便携式智能装置的功能相匹配。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种便携式智能装置，包括处理模块，其特征在于，还包括自发电模块，所述自发电模块用于，在佩戴者运动过程中产生机械应力，根据所述机械应力改变所述自发电模块的磁性性质，以产生感应电压，并利用所述感应电压为所述处理模块供电。
2.如权利要求1所述的便携式智能装置，其特征在于，所述自发电模块包括：磁性元件、磁致伸缩元件和套设在所述磁致伸缩元件上的感应线圈，所述感应线圈接入闭合电路中，所述磁性元件能够形成与所述磁致伸缩元件的设置方向相同的磁场，所述磁致伸缩元件位于所述磁场内；
所述自发电模块具体用于，在佩戴者运动过程中对所述磁致伸缩元件产生机械应力，利用所述机械应力改变所述磁致伸缩元件的导磁性能，以改变所述磁场的磁通量，使所述感应线圈产生感应电压。
3.如权利要求2所述的便携式智能装置，其特征在于，所述磁致伸缩元件的第一端固定在所述便携式智能装置的外壳上，所述磁致伸缩元件的第二端为自由端；
所述自发电模块还包括配重块，所述配重块与所述磁致伸缩元件的第二端相连，用于在佩戴者运动过程中带动所述磁致伸缩元件的第二端摆动，以对所述磁致伸缩元件产生机械应力。
4.如权利要求3所述的便携式智能装置，其特征在于，所述磁致伸缩元件呈条状，且水平设置。
5.如权利要求2所述的便携式智能装置，其特征在于，所述磁致伸缩元件的材料为铁镓合金。
6.如权利要求1所述的便携式智能装置，其特征在于，所述自发电模块为多个，各所述自发电模块并联。
7.如权利要求1所述的便携式智能装置，其特征在于，还包括储能元件，所述储能元件分别与所述自发电模块和所述处理模块相连，用于存储所述自发电模块产生的电能，并利用所述电能为所述处理模块供电。
8.如权利要求7所述的便携式智能装置，其特征在于，所述储能元件为电容。
9.如权利要求8所述的便携式智能装置，其特征在于，所述储能元件为超级电容。
10.如权利要求1-9任一项所述的便携式智能装置，其特征在于，所述处理模块为计步器，所述便携式智能装置为智能手环。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20170908 |