CN109428372A - 便携式电子产品充电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种便携式电子产品充电装置。其中容置腔室中设置至少一个压电材料片和至少一个挤压部件，其中压电材料片的至少一端固定在容置腔室中，压电材料片能够在挤压部件的作用下产生局部弹性形变，以产生脉冲电压；导线将压电材料片产生的脉冲电压传递给电流处理电路；电流处理电路存储压电材料片产生的脉冲电压，以便为便携式电子产品提供电能。本发明通过将运动中产生的振动进行捕捉，并将这种振动转化成电能，从而可有效实现从机械能到电能的转化。
Description
技术领域
本发明涉及充电领域，特别涉及一种便携式电子产品充电装置。
背景技术
目前利用机械能传化成电能进行充电的设备，主要的设计思路是利用通过摇摆或者按压实现充电的振动电池，但是这些设备的主要问题是无法有效收集运动产生的大量机械能，充电效率低，不能持续供电，只适合作为应急电源使用。
目前已经有报道的机械能收集装置主要分为两种：
1.通过齿轮组设计收集运动产生的机械能；
2.通过配置较大面积的压电材料收集机械能。
第1种方案虽然能够做到可穿戴，但是其结构复杂，佩戴方式单一，同时在机械能转化过程中还伴有较大的能量损耗。第2种方案需要较大面积的压电材料，因此存在成本较高和使用不便的缺陷。
由于现有压电材料的特殊性质，一般采用压电材料收集机械能的可穿戴设备以鞋类为主，这种设计可以很好的利用压电材料的性质，但是对于低频率的振动能量的收集并不理想。同时，压电鞋的设计和生产也有很高的成本要求。
发明内容
本发明实施例提供一种便携式电子产品充电装置。通过将运动中产生的振动进行捕捉，并将这种振动转化成电能，从而可有效实现从机械能到电能的转化。
根据本发明的一个方面，提供一种便携式电子产品充电装置，包括容置腔室、导线、电流处理电路，其中：
容置腔室中设置至少一个压电材料片和至少一个挤压部件，其中压电材料片的至少一端固定在容置腔室中，压电材料片能够在挤压部件的作用下产生局部弹性形变，以产生脉冲电压；
导线，用于将压电材料片产生的脉冲电压传递给电流处理电路；
电流处理电路，用于存储压电材料片产生的脉冲电压，以便为便携式电子产品提供电能。
在一个实施例中，容置腔室中还设置有第一支撑装置，所述第一支撑装置固定在容器腔室中，所述压电材料片的至少一端固定在所述第一支撑装置上；
所述挤压部件能够根据重力作用在容置腔室中自由移动，从而通过压迫压电材料片，以便使压电材料片产生局部弹性形变。
在一个实施例中，压电材料片的长度为10～100mm，宽度为5～50mm，厚度为0.1～5mm。
在一个实施例中，相邻的压电材料片之间的距离为2～10mm。
在一个实施例中，装置还包括第二支撑装置和支撑架，其中：
所述压电材料片的一端固定在第二支撑装置上，支撑架能够绕第二支撑装置转动；
支撑架包括外壁和内壁，所述至少一个挤压部件设置在支撑架内壁上，外壁和内壁之间构成滑道，在滑道中设置至少一个配重体，所述配重体能够根据重力作用自由滑动，造成支撑架转动或摆动，从而使挤压部件压迫压电材料片，以便使压电材料片产生局部弹性形变。
在一个实施例中，所述滑道为圆环状，第二支撑装置位于支撑架的圆心，圆心到内壁的半径为压电材料片的长度，挤压部件均匀分布在内壁上。
在一个实施例中，压电材料片的长度为1～10cm，宽度为5～50mm，厚度为0.1～0.5mm。
在一个实施例中，相邻的压电材料片之间的距离为2～πRmm，其中π为圆周率，R为所述滑道的外径。
在一个实施例中，电流处理电路还包括电流转换电路、储能部件和整流电路；
电流转换电路，用于将压电材料片产生的脉冲电压转换为振荡电流；
储能部件，用于存储电流转换电路输出的振荡电流；
整流电路，用于对电流转换电路输出的电流进行整流，以便为便携式电子产品提供电能。
在一个实施例中，储能部件为电容或化学电池。
在一个实施例中，电容为超级电容。
在一个实施例中，压电材料片的材料为压电陶瓷材料、高分子压电材料、复合高分子压电材料、导电高分子材料、离子液体与高分子凝胶、或纳米级别的金属氧化物。
在一个实施例中，压电材料片具有导电金属边框。
在一个实施例中，压电材料片的表面设有导电涂层。
在一个实施例中，涂层厚度小于0.01mm。
在一个实施例中，导线外具有绝缘体涂层。
本发明通过在充电装置中设置容置腔室、导线和电流处理电路，容置腔室中设置至少一个压电材料片和至少一个挤压部件，其中压电材料片的至少一端固定在容置腔室中，压电材料片能够在挤压部件的作用下产生局部弹性形变，以产生脉冲电压；导线将压电材料片产生的脉冲电压传递给电流处理电路；电流处理电路存储压电材料片产生的脉冲电压，以便为便携式电子产品提供电能。通过将运动中产生的振动转化成电能，从而可有效实现从机械能到电能的转化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明便携式电子产品充电装置一个实施例的示意图。
图2为本发明电流处理电路一个实施例的示意图。
图3为本发明电流处理电路一个实施例的电路图。
图4为本发明便携式电子产品充电装置另一实施例的示意图。
图5为本发明测试实验结果的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在一个实施例中，便携式电子产品充电装置包括容置腔室、导线、电流处理电路，其中：
容置腔室中设置至少一个压电材料片和至少一个挤压部件，其中压电材料片的至少一端固定在容置腔室中，压电材料片能够在挤压部件的作用下产生局部弹性形变，以产生脉冲电压。
导线将压电材料片产生的脉冲电压传递给电流处理电路。
电流处理电路存储压电材料片产生的脉冲电压，以便为便携式电子产品提供电能。
基于本发明上述实施例提供的便携式电子产品充电装置，通过将运动中产生的振动进行捕捉，并将这种振动转化成电能，从而可有效实现从机械能到电能的转化。
这里需要说明的是，压电材料的发电振动方式主要可分为自由振动式和强制振动式。自由振动式是利用振子或集中质量块撞击压电材料，使其发生形变；强制振动式是通过施加振幅或一定限制使压电材料发生交替的弯曲变形。以上的两种不同的振动方式都可以实现从机械能到电能的转化。
下面分别对这两种发电振动方式进行说明。
图1为本发明便携式电子产品充电装置一个实施例的示意图。如图1所示，充电装置包括容置腔室1、导线2和电流处理电路3。其中：
容置腔室1中设置至少一个压电材料片4和至少一个挤压部件5，其中容置腔室1中还设置有第一支撑装置6，所述第一支撑装置6固定在容器腔室中，所述压电材料片4的至少一端固定在所述第一支撑装置6上，挤压部件5能够根据重力作用在容置腔室1中自由移动，从而通过压迫压电材料片4，以便使压电材料片4产生局部弹性形变，从而产生脉冲电压。
导线2将压电材料片4产生的脉冲电压传递给电流处理电路3。
电流处理电路3存储压电材料片4产生的脉冲电压，以便通过电力输出接口为便携式电子产品提供电能。
优选的，压电材料片4的长度可为10～100mm，宽度可为5～50mm，厚度可为0.1～5mm。
优选的，相邻的压电材料片之间的距离为2～10mm。
优选的，压电材料片4的材料为压电陶瓷材料、高分子压电材料、复合高分子压电材料、导电高分子材料、离子液体与高分子凝胶、或纳米级别的金属氧化物，或者其它合适的高分子或复合材料。
其中，纳米级别是指材料颗粒的尺寸在1-100nm范围内。
优选的，压电材料片4具有导电金属边框。设置导电金属边框可以得到以下两方面的有益效果：
1、可作为导电的一个极板。
由于诸如压电陶瓷的压电材料片自身仅能产生电压，并不直接导电，因此需要一个导电的极板。
2、起到一个支柱的作用。
当压电材料片受压弯曲变形时，导电金属边框可产生一个反向的弹性助力，这有利于桥式震动。
优选的，压电材料片4的表面设有导电涂层，以便进行传导。
在一个优选实施例中，压电材料片4表面的导电涂层厚度小于0.1mm。
优选的，导线2外具有绝缘体涂层，以便提高传导性。
图2为本发明电流处理电路一个实施例的示意图。相应的具体电路如图3所示。如图2所示，电流处理电路还包括电流转换电路201、储能部件202和整流电路203。其中：
电流转换电路201，用于将压电材料片产生的脉冲电压转换为振荡电流。
储能部件202，用于存储电流转换电路输出的振荡电流。
整流电路203，用于对电流转换电路输出的电流进行整流，以便为便携式电子产品提供电能。
优选的，储能部件202可以为电容或化学电池。
在一个优选实施例中，电容可以为超级电容，或者其它类型的普通电容，例如电解电容、固体电容等。化学电池可以为二次电池、空气电池等电化学储能设备。
超级电容又名电化学电容器(Electrochemical Capacitor)、双电层电容器(Electrical Double-Layer Capacitor)、黄金电容、法拉电容，是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。它不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能。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。其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。由于本领域技术人员了解超级电容的结构及属性，因此这里不展开描述。
在另一实施例中，可通过重心变化使压电材料产生强制振动，从而发生弹性形变并转化为电能。其中在该实施例中，容置腔室与图1所示实施例有所不同，而相应的导线、电流处理电路是相同的。为了简明起见，这里仅重点介绍该实施例的容置腔室。如图4所示：
在容置腔室中设置有第二支撑装置7和支撑架，第二支撑装置7用于固定压电材料片4的一端，并通过导线与电流处理电路连接。
压电材料片4的一端固定在第二支撑装置7上，支撑架能够绕第二支撑装置7转动。
支撑架包括外壁8和内壁9，至少一个挤压部件5设置在支撑架内壁9上，外壁8和内壁9之间构成滑道10，在滑道10中设置至少一个配重体11，配重体11能够根据重力作用自由滑动，造成支撑架转动或摆动，从而使挤压部件5压迫压电材料片4，以便使压电材料片4产生局部弹性形变。
优选的，外壁8由低密度的刚性材料组成，内壁9由弹性材料组成，配重体11由高密度刚性材料组成。当设备发生振动时，配重体11可根据重力作用在滑道内滑动，但不会脱离滑道。
在一个优选实施例中，滑道10为圆环状，第二支撑装置7位于支撑架的圆心，圆心到内壁的半径为压电材料片4的长度，挤压部件5均匀分布在内壁上。由此，可有效提高能量转换效率。
优选的，压电材料片4的长度为1～10cm，宽度为5～50mm，厚度为0.1～0.5mm。
优选的，相邻的压电材料片之间的距离为2～πRmm，其中π为圆周率，R为所述滑道的外径。
优选的，压电材料片4的材料为压电陶瓷材料、高分子压电材料、复合高分子压电材料、导电高分子材料、离子液体与高分子凝胶、或纳米级别的金属氧化物，或者其它合适的高分子或复合材料。
优选的，压电材料片4具有导电金属边框，从而可作为导电的一个极板，同时还可在压电材料片受压弯曲变形时可产生一个反向的弹性助力，这有利于桥式震动。
优选的，压电材料片4的表面设有导电涂层，以便进行传导。在一个优选实施例中，压电材料片4表面的导电涂层厚度小于0.1mm。
下面通过具体示例对本发明进行说明。
以图1所示的充电装置为例，采用PZT压电陶瓷为压电材料片。当压电陶瓷片尺寸为10mm×20mm时，以振动频率为1～5Hz进行测试，其输出直流电压为2～5V；当压电陶瓷片尺寸为15mm×50mm时，以振动频率为1～5Hz进行测试，其输出直流电压为8～15V。通过提高振动频率，电路输入的交流电压和输出的直流电压也会相应增大。以不同压电材料进行测试，其输出电压并不相同。以离子液体与高分子凝胶为例，当材料尺寸为20mm×20mm时，以振动频率为1～5Hz进行测试，其输出直流电压小于2V。具体实验结果，如图5所示。
其中，横轴为震动频率，纵轴为输出电流。经过计算，在6Hz(人普遍步行的频率)下，可以提供0.1mA的稳定电流。通过身体摆动等产生的小频率机械振动，可以使振子发生振动，从而使片状压电材料产生持续形变，输出电量。以尺寸为15mm×50mm的PZT压电片为例，当振动频率为1～5Hz时，其输出功率可达到1～10mW。通过改变压电片材料，增大压电片面积，提高振动频率等方法，可以进一步提高设备的输出功率，从而有效的为便携电子产品进行充电，并且可以成为这类设备所必要的应急电源。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (16)
1.一种便携式电子产品充电装置，其特征在于，包括容置腔室、导线、电流处理电路，其中：
容置腔室中设置至少一个压电材料片和至少一个挤压部件，其中压电材料片的至少一端固定在容置腔室中，压电材料片能够在挤压部件的作用下产生局部弹性形变，以产生脉冲电压；
导线，用于将压电材料片产生的脉冲电压传递给电流处理电路；
电流处理电路，用于存储压电材料片产生的脉冲电压，以便为便携式电子产品提供电能。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
容置腔室中还设置有第一支撑装置，所述第一支撑装置固定在容器腔室中，所述压电材料片的至少一端固定在所述第一支撑装置上；
所述挤压部件能够根据重力作用在容置腔室中自由移动，从而通过压迫压电材料片，以便使压电材料片产生局部弹性形变。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，
压电材料片的长度为10～100mm，宽度为5～50mm，厚度为0.1～5mm。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，
相邻的压电材料片之间的距离为2～10mm。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括第二支撑装置和支撑架，其中：
所述压电材料片的一端固定在第二支撑装置上，支撑架能够绕第二支撑装置转动；
支撑架包括外壁和内壁，所述至少一个挤压部件设置在支撑架内壁上，外壁和内壁之间构成滑道，在滑道中设置至少一个配重体，所述配重体能够根据重力作用自由滑动，造成支撑架转动或摆动，从而使挤压部件压迫压电材料片，以便使压电材料片产生局部弹性形变。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，
所述滑道为圆环状，第二支撑装置位于支撑架的圆心，圆心到内壁的半径为压电材料片的长度，挤压部件均匀分布在内壁上。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，
压电材料片的长度为1～10cm，宽度为5～50mm，厚度为0.1～0.5mm。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，
相邻的压电材料片之间的距离为2～πRmm，其中π为圆周率，R为所述滑道的外径。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
电流处理电路还包括电流转换电路、储能部件和整流电路；
电流转换电路，用于将压电材料片产生的脉冲电压转换为振荡电流；
储能部件，用于存储电流转换电路输出的振荡电流；
整流电路，用于对电流转换电路输出的电流进行整流，以便为便携式电子产品提供电能。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，
储能部件为电容或化学电池。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，
电容为超级电容。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的装置，其特征在于，
压电材料片的材料为压电陶瓷材料、高分子压电材料、复合高分子压电材料、导电高分子材料、离子液体与高分子凝胶、或纳米级别的金属氧化物。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，
压电材料片具有导电金属边框。
14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，
压电材料片的表面设有导电涂层。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，
涂层厚度小于0.01mm。
16.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
导线外具有绝缘体涂层。
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| CN112994406A (zh) * | 2019-11-05 | 2021-06-18 | 德能森智能科技（成都）有限公司 | 一种无线开关的发电部件及发电控制方法 |
Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN106026774A (zh) * | 2016-07-13 | 2016-10-12 | 沈阳工程学院 | 基于压电材料二次电荷采集的电动汽车直流压电发电装置 |
| CN107086652A (zh) * | 2017-06-21 | 2017-08-22 | 上海传英信息技术有限公司 | 一种充电装置及其充电方法 |
| CN207368728U (zh) * | 2017-09-05 | 2018-05-15 | 翁拓 | 便携式电子产品充电装置 |
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2017
- 2017-09-05 CN CN201710790041.9A patent/CN109428372A/zh active Pending
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