CN112564545B - 一种基于磁电复合材料的能量收集器及可穿戴设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及能量收集技术领域，尤其涉及一种基于磁电复合材料的能量收集器及包括该能量收集器的可穿戴设备。能量收集器包括盖板、壳体、隔板、强磁铁块和自偏置磁电复合材料，盖板扣合在壳体的开口处，隔板将壳体内部分隔为两个腔体，强磁铁块和自偏置磁电复合材料分别设置在两个腔体内，强磁铁块能够在腔体内沿自偏置磁电复合材料的径向运动产生变化的磁场，激励磁电复合材料产生电能，实现环境动能至电能的转换，且该能量收集器结构简单、体积较小便于携带和安装，适合大范围推广使用。可穿戴设备，包括基于磁电复合材料的能量收集器，能够实现自充电续航或自供能。
Description
技术领域
本发明涉及能量收集技术领域，尤其涉及一种基于磁电复合材料的能量收集器及包括该能量收集器的可穿戴设备。
背景技术
随着可穿戴设备的发展，人们对便携式能量收集器的需求也变的越发迫切，当代人类日常生活充斥着各种类型的可穿戴设备，例如智能手环、智能手表、智能眼镜等，目前此类设备基本上都是通过电池供电的方式供给能量，但受于技术和成本的限制，电池续航时长仍然很难满足人们的需求，需要频繁的进行充电，并且在电量不足或充电期间影响使用。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的一个目的是提供一种基于磁电复合材料的便携能量收集器，能够收集环境中的动能并转化为电能，为用电设备提供电能或为用电设备的电池进行充电，解决现有技术中存在的问题。
本发明的另一个目的是提供一种可穿戴设备，包括基于磁电复合材料的能量收集器，能够实现自充电续航或自供能。
(二)技术方案
为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种基于磁电复合材料的能量收集器，包括：
壳体，该壳体的一端具有开口；
盖板，该盖板与壳体的开口扣合；
隔板，该隔板设置在壳体内，将壳体的内部分为两个腔体，分别为第一腔体和第二腔体；
自偏置磁电复合材料，该自偏置磁电复合材料设置在第二腔体，且第二腔体绝缘连接；和
强磁铁块，该强磁铁块放置在第一腔体内，且能够在第一腔体内沿自偏置磁电复合材料的径向运动；
壳体、隔板和盖板均为塑料制成；
强磁铁块在沿自偏置磁电复合材料的径向运动时产生变化的磁场，激励磁电复合材料产生电能。
优选地，在壳体的内壁沿其周向设有支撑平台，用于支撑隔板。
优选地，盖板的一侧设有与开口相匹配的嵌入部，嵌入部的侧边设有限位凸起；
壳体的开口端设有与限位凸起相匹配的限位槽，当嵌入部嵌入开口内时，限位凸起卡入限位槽，用于防止盖板与壳体之间发生转动。
优选地，嵌入部的周向间隔设有多个球形凸起；
壳体靠近开口的位置沿周向设有弧形槽，当嵌入部嵌入开口内时，球形凸起被容纳于弧形槽。
优选地，在壳体的侧壁上对应第二腔体的位置设置过线孔。
优选地，强磁铁块为圆球形。
优选地，强磁铁块为钕铁硼强磁铁。
优选地，自偏置磁电复合材料包括磁致收缩材料和压电材料，磁致收缩材料和压电材料均为环形结构，压电材料同轴紧配的嵌入在磁致收缩材料的环孔内。
优选地，壳体、隔板和盖板为热固性塑料制成。
第二方面，本发明还提供了一种可穿戴设备，包括第一方面中任一种基于磁电复合材料的能量收集器。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的基于磁电复合材料的能量收集器，包括盖板、壳体、隔板、强磁铁块和自偏置磁电复合材料，盖板扣合在壳体的开口处，隔板将壳体内部分隔为两个腔体，强磁铁块和自偏置磁电复合材料分别设置在两个腔体内，强磁铁块能够在腔体内沿自偏置磁电复合材料的径向运动产生变化的磁场，激励磁电复合材料产生电能，实现环境动能至电能的转换，且该能量收集器结构简单、体积较小便于携带和安装，适合大范围推广使用。
本发明还提供了可穿戴设备，包括基于磁电复合材料的能量收集器，能够实现自充电续航或自供能。
附图说明
本发明附图仅为说明目的提供，图中各部件的比例与数量不一定与实际产品一致。
图1是本发明实施例中一种基于磁电复合材料的能量收集器的结构示意图；
图2是图1中能量收集器的A-A剖视示意图；
图3是图1中能量收集器的分解状态示意图；
图4是本发明实施例中盖板的另一角度的结构示意图。
图中：1：盖板；11：嵌入部；12：限位凸起；13：球形凸起；
2：壳体；21：第一腔体；22：第二腔体；23：支撑平台；24：限位槽；25：弧形槽；26：过线孔；
3：隔板；
4：强磁铁块；
5：自偏置磁电复合材料；51：磁致收缩材料；52：压电材料。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
参见图1-图3所示，本发明提供的一个实施例中，基于自偏置磁电复合材料的能量收集器包括盖板1、壳体2、隔板3、强磁铁块4和自偏置磁电复合材料3，其中，壳体2、隔板3和盖板1均为塑料制成，避免对强磁铁块4的运动产生影响。优选地，壳体2、隔板3和盖板1为热固性塑料制成。壳体2为一端具有开口的圆筒结构，盖板1与壳体2的开口扣合，在壳体2的内部形成一个相对封闭的容纳腔体。隔板3设置在壳体2的内部，将壳体2内的容纳腔体分为上下两部分，由上到下分别为第一腔体21和第二腔体22。自偏置磁电复合材料5设置在第二腔体22内，且与第二腔体22绝缘连接，例如，通过绝缘胶层粘接在第二腔体22的底部，或者进行绝缘封装后固定在第二腔体内，又或者第二腔体22的壁体为绝缘材料制成。强磁铁块4放置在第一腔体21内，且能够在第一腔体21内沿自偏置磁电复合材料5的径向(图2中的左、右、前、后方向)运动，产生变化的磁场，在变化的磁场激励下，自偏置磁电复合材料5产生电能，实现动能的收集及向电能的转换。
自偏置磁电复合材料5能够在没有静磁场的情况下，只凭借动磁场即产生可观的电压。
为了方便安装和固定隔板3，在一优选地实施方式中，参见图2所示，在壳体2的内壁沿其周向设有支撑平台23，用于支撑隔板3。具体地，支撑平台23为壳体1的内壁在径向上向远离内壁方向的凸起部。优选地，还可以根据需要在支撑平台23上设置垫圈或垫块，以调整隔板3的位置。
为了防止盖板1与壳体2扣合后发生相对转动，在一些优选地实施方式中，参见图2-图4所示，盖板1的一侧设有与壳体2的开口相匹配的嵌入部11，该嵌入部11的外径与壳体开口处的内径相匹配，盖板1通过嵌入部11实现与壳体2的连接，嵌入部11的侧边设有限位凸起12。壳体2的开口端设有与限位凸起12相匹配的限位槽24，当嵌入部11嵌入开口内时，限位凸起12卡入限位槽24，用于防止盖板1与壳体2之间发生转动。
为了使盖板1与壳体2能够实现方便的快拆、快装以及牢固连接，在一些优选地实施方式中，参见图1、图3和图4所示，嵌入部11的周向间隔设有多个球形凸起13。壳体2靠近开口的位置沿周向设有弧形槽25，当嵌入部11嵌入开口内时，球形凸起13被容纳于弧形槽。
为了便于将能量收集器转换得到的电能输出到用电设备或其储电装置，在壳2体的侧壁上对应第二腔体22的位置设置过线孔26，使与自偏置磁电复合材料相连接的电线能够从第二腔体22内伸出。
在一个具体地实施方式中，自偏置磁电复合材料包括磁致收缩材料51和压电材料52，磁致收缩材料51和压电材料52均为环形结构，压电材料52同轴紧配的嵌入在磁致收缩材料51的环孔内。优选地，磁致收缩材料采用镍材料，压电材料52采用锆钛酸铅压电陶瓷材料或铌镁酸铅压电陶瓷材料。
在一些地实施方式中，强磁铁块4为易产生运动的形状，例如，球形(包括圆球形、橄榄球形等)、圆柱形等，优选地，强磁铁块4为钕铁硼强磁铁制成。进一步优选地，强磁铁块4为圆球形。
本发明的一个实施例还提供了一种可穿戴设备，该可穿戴设备包括上述实施例中任一种基于自偏置磁电复合材料的能量收集器。基于上述能量收集器，可穿戴设备将人体运动的动能转化为电能输出给用电设备或储电装置(例如可充电电池)，实现对可穿戴设备的充电续航甚至实现可穿戴设备的自供能，具有更广泛的应用前景。
可穿戴设备具体为智能手环，智能手表，智能眼镜等常用可穿戴设备。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，不存在方案冲突的情况下，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
此外，在不脱离本发明的范围的情况下，对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种基于磁电复合材料的能量收集器，其特征在于，包括：
壳体，所述壳体的一端具有开口；
盖板，所述盖板与所述壳体的开口扣合；
隔板，所述隔板设置在所述壳体内，将所述壳体的内部分为两个腔体，分别为第一腔体和第二腔体；
自偏置磁电复合材料，所述自偏置磁电复合材料为环形，设置在所述第二腔体，且与所述第二腔体绝缘连接；和
强磁铁块，所述强磁铁块放置在所述第一腔体内，且能够在所述第一腔体内沿所述自偏置磁电复合材料的径向运动；
所述壳体、隔板和盖板均为塑料制成；
所述强磁铁块在沿所述自偏置磁电复合材料的径向运动时产生变化的磁场，激励所述自偏置磁电复合材料产生电能。
2.根据权利要求1所述的能量收集器，其特征在于：在所述壳体的内壁沿其周向设有支撑平台，用于支撑所述隔板。
3.根据权利要求1所述的能量收集器，其特征在于：所述盖板的一侧设有与所述开口相匹配的嵌入部，所述嵌入部的侧边设有限位凸起；
所述壳体的开口端设有与所述限位凸起相匹配的限位槽，当所述嵌入部嵌入所述开口内时，所述限位凸起卡入所述限位槽，用于防止所述盖板与所述壳体之间发生转动。
4.根据权利要求3所述的能量收集器，其特征在于：所述嵌入部的周向间隔设有多个球形凸起；
所述壳体靠近开口的位置沿周向设有弧形槽，当所述嵌入部嵌入所述开口内时，所述球形凸起被容纳于所述弧形槽。
5.根据权利要求1所述的能量收集器，其特征在于：在所述壳体的侧壁上对应所述第二腔体的位置设置过线孔。
6.根据权利要求1所述的能量收集器，其特征在于：所述强磁铁块为圆球形。
7.根据权利要求1或6所述的能量收集器，其特征在于：所述强磁铁块为钕铁硼强磁铁。
8.根据权利要求1所述的能量收集器，其特征在于：所述自偏置磁电复合材料包括磁致收缩材料和压电材料，所述磁致收缩材料和所述压电材料均为环形结构，所述压电材料同轴紧配的嵌入在所述磁致收缩材料的环孔内。
9.根据权利要求1所述的能量收集器，其特征在于：所述壳体、隔板和盖板为热固性塑料制成。
10.一种可穿戴设备，其特征在于：包括如权利要求1-9任一项所述的基于磁电复合材料的能量收集器。
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