CN207098725U - 一种充电装置 - Google Patents

Abstract

一种充电装置，充电装置中的能量转换电路将机械能转换为电能，电流处理电路将能量转换电路产生的输出电压转换为便携式智能设备充电电路的输入电压，从而对智能设备的充电电路进行充电。本实用新型通过将便携式智能设备在运动过程中产生的机械能转换为电能来为便携式智能设备的充电电路进行充电，充电方式简便，最大的好处是，摆脱了传统智能设备对电源充电器或者移动充电器的依赖，在无法或者不便使用电源充电器和移动充电器的情况下，仍然能够为便携式智能设备进行充电，扩展了智能设备的应用场合，大大提升了智能设备的使用体验。

Description

一种充电装置

技术领域

本实用新型涉及一种充电装置。

背景技术

随着电子设备智能化水平越来越高，人们对便携式智能设备的依赖性越来越大，尤其是智能手机，已经成为了满足工作学习和生活的不可或缺的必需品。在日常生活中，人们几乎已经达到了24小时和便携式智能设备相伴，比如上下班路上的时候用智能手机看视频、浏览新闻，用MP3或MP4听歌、听广播，在上班的时候用智能手机和客户联络，周末休闲的时候用智能手机或PAD玩游戏、看电影、或者分享朋友圈等等。

在如此高频度地使用便携式智能设备的情况下，智能设备的电力续航问题就成为了一个突出的关键问题，电池容量以及充电速度已成为用户体验的关键指标之一，也是各大智能设备生产厂商一直在积极研究提升的性能问题。

便携式智能设备最大的问题就是功耗问题，便携式智能设备的待机时间或使用时间受电池技术制约，一直难以提高。随着智能手机性能不断提高，智能设计要求不断变薄，电池空间有限，待机时间越来越短。目前主流的智能手机的待机通话时间只有一天。如果用户玩游戏的话，那么智能设备的功耗就更大，电池消耗更快，看视频，发微信等，也比较耗费电力，使电池的续航时间变短。

为了解决智能设备的功耗问题，一种方法是增大电池的电容量，但这无疑会增大智能设备电池的体积。另一种方法是外接移动电源为便携式智能设备充电，可以在较长时间里解决电池供电不足的问题，但移动电源属于智能设备的外加设备，存在携带不便，重量较大等不足，且其本身也需要充电之后才能为智能设备提供电能。在一些特殊情况下如登山、逛街等不容易及时找到电源的地方，或者忘记带充电器时，在便携式智能设备没电时，特别是智能手机没电时，将无法使用，导致错过、耽误重要事情，可能会给使用者带来极大的不便，造成无法挽回的损失。

实用新型内容

本实用新型提供一种充电装置，将便携式智能设备在运动过程中产生的机械能转换为电能来为便携式智能设备的充电电路进行充电，充电方式简便，摆脱了传统智能设备对电源充电器或者移动充电器的依赖，扩展了智能设备的应用场合，大大提升了智能设备的使用体验。

为了达到上述目的，本实用新型提供一种充电装置，其设置在便携式智能设备内部，用于给便携式智能设备的电池充电；

该充电装置包含：

能量转换电路，其用于将机械能转换为电能；

电流处理电路，其电性连接能量转换电路和智能设备的充电电路，用于将能量转换电路产生的输出电压转换为便携式智能设备充电电路的输入电压，从而对智能设备的充电电路进行充电；

控制器，其电性连接电流处理电路和智能设备的充电电路，用于监控充电过程，直至电池充满，则控制器切断电流处理电路和智能设备的充电电路之间的连接，停止对电池进行充电，控制器同时提示用户电池已经充满。

所述的充电装置还包含一能量存储电路，其电性连接电流处理电路、控制器和智能设备的充电电路，该能量存储电路用于存储能量转换电路产生的剩余电能，并且可以在便携式智能设备电池电量被消耗至低于最低电量，且没有外接电源或充电器，并且智能设备没有产生机械能的情况下，对智能设备的充电电路进行充电，避免了智能设备失电。

所述的充电装置还包含一动能感应电路，其电性连接控制器，用于监测智能设备的动能，并将监测数据发送给控制器。

所述的能量转换电路包含：

电磁屏蔽壳，其用于屏蔽电磁场；

两个分别固定设置在电磁屏蔽壳中相对的两个端部的永磁体，这两个永磁体之间产生磁场；

活动设置在电磁屏蔽壳中，且位于两个永磁体之间的导体，该导体的两端分别电性连接电流处理电路，该导体可以在与磁感线垂直的方向上往复运动，切割磁感线，从而在导体上产生感应电动势，并将该电流传导给电流处理电路。

所述的电流处理电路包含：

整流桥，其输入端电性连接能量转换电路中导体的两端，用于将导体中产生的交流感应电流变为直流电流；

脉宽调制电路，其输入端电性连接整流桥的输出端，输出端电性连接智能设备的充电电路，用于将整流桥输出的直流电流调制为智能设备的充电电路所需的充电电压，从而对智能设备的充电电路进行充电。

所述的能量转换电路包含：

外壳；

两个分别固定设置在外壳中相对的两个端部的压电陶瓷，这两个压电陶瓷分别电性连接电流处理电路；

活动设置在外壳中的触发体，该触发体可以在外壳中自由移动，该触发体的质量使其在重力作用下与压电陶瓷产生接触，使压电陶瓷受压产生脉冲电流输送给电流处理电路。

所述的电流处理电路包含：

振荡电路，其输入端电性连接能量转换电路中的压电陶瓷，用于将压电陶瓷输出的脉冲电流转换为振荡电流；

整流电路，其输入端电性连接振荡电路的输出端，用于对振荡电路输出的振荡电流进行整流，使其输出电压满足便携式智能设备充电电路的输入电压，从而对智能设备的充电电路进行充电。

所述的能量存储电路采用电容储能电路，或者电感储能电路。

所述的动能感应电路采用加速度传感器，或陀螺仪，或方向传感器，或倾角传感器。

本实用新型通过将便携式智能设备在运动过程中产生的机械能转换为电能来为便携式智能设备的充电电路进行充电，充电方式简便，最大的好处是，摆脱了传统智能设备对电源充电器或者移动充电器的依赖，在无法或者不便使用电源充电器和移动充电器的情况下，仍然能够为便携式智能设备进行充电，扩展了智能设备的应用场合，大大提升了智能设备的使用体验。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种充电装置的电路框图。

图2是本实用新型的一个实施例中能量转换电路的电路框图。

图3是本实用新型的一个实施例中电流处理电路的电路框图。

图4是本实用新型的一个实施例中充电方法的流程图。

图5是本实用新型的另一个实施例中能量转换电路的电路框图。

图6是本实用新型的另一个实施例中电流处理电路的电路框图。

图7是本实用新型的另一个实施例中充电方法的流程图。

具体实施方式

以下根据图1～图7，具体说明本实用新型的较佳实施例。

人们在日常生活中，运动（例如步行）将会不断产生运动机械能，人体在携带智能设备的时候，也会带动智能设备一起运动，如果可以通过一个装置，将人体在日常的行动中产生的机械能转换成为便携式智能设备使用的电能，则可以延长便携式智能设备的待机时间或使用时间。甚至可以人为的摇动、摆动或甩动智能设备，使其发生机械位置变化，产生机械能，并将该机械能转换为电能提供给便携式智能设备进行充电，这会大大增加智能设备的续航时间，提高用户的体验。

本实用新型提供了一种充电装置，其设置在便携式智能设备内部，用于给便携式智能设备的电池充电。所述的便携式智能设备可以是任一种具有充电电路的便携式智能设备，例如手机、MP3、MP4、PDA、PAD等等。

如图1所示，该充电装置包含：

能量转换电路1，其用于将机械能转换为电能；

电流处理电路2，其电性连接能量转换电路1和智能设备的充电电路，用于将能量转换电路1产生的输出电压转换为便携式智能设备充电电路的输入电压，从而对智能设备的充电电路进行充电；

控制器3，其电性连接电流处理电路2和智能设备的充电电路，用于监控充电过程，直至电池充满，则控制器3切断电流处理电路2和智能设备的充电电路之间的连接，停止对电池进行充电，控制器3同时提示用户电池已经充满。

较佳地，本实用新型提供的充电装置还包含一能量存储电路4，其电性连接电流处理电路2、控制器3和智能设备的充电电路，当电流处理电路2为智能设备的充电电路充电时，控制器3断开能量存储电路4和电流处理电路2的连接，如果智能设备的充电电路已被充满，则控制器3断开电流处理电路2与智能设备的充电电路之间的连接，停止对电池进行充电，如果此时智能设备仍然继续产生机械能，则控制器3恢复电流处理电路2和能量存储电路4的连接，使电流处理电路2开始对能量存储电路4进行充电，直至能量存储电路4充满，则控制器3断开电流处理电路2和能量存储电路4的连接。如果便携式智能设备在使用过程中，电池电量被消耗至低于最低电量，且此时没有外接电源或充电器，并且智能设备没有产生机械能，此时控制器3可以控制能量存储电路4对智能设备的充电电路进行充电，避免了智能设备失电。

本实用新型中，该能量存储电路4可以采用通用的储能电路，例如电容储能电路，或者电感储能电路等等。

进一步，本实用新型提供的充电装置还可以包含一动能感应电路5，其电性连接控制器3，用于监测智能设备的动能，并将监测数据发送给控制器3，如果动能感应电路5监测到的数据不足以使智能设备产生机械能（即智能设备的运动幅度不足以产生机械能），则控制器3会发出提示，建议用户加大对智能设备的运动幅度（例如可以大幅跑跳，或者用力摆动智能设备等），直至智能设备可以产生机械能。

在本实用新型中，该动能感应电路5可以采用加速度传感器，或陀螺仪，或方向传感器，或倾角传感器等等。

本实用新型的关键点在于能量转换电路1，即如何将机械能转换为电能。

在本实用新型的一个实施例中，可以借鉴电磁感应现象的原理，即闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应现象，产生的电流称为感应电流。通过切割磁感线，可以将机械能转换为电能，但是由于本实用新型要应用在智能电子设备上，磁场会对电子信号产生干扰，为了消除干扰，则需要设置对磁场的屏蔽。

如图2所示，所述的能量转换电路1包含：

电磁屏蔽壳101，其用于屏蔽电磁场，其外层一般采用电导率高的材料，以加大反射作用，而其内层则采用磁导率高的材料，以加大涡流效应；

两个分别固定设置在电磁屏蔽壳101中相对的两个端部的永磁体102，这两个永磁体102之间产生磁场；

活动设置在电磁屏蔽壳101中，且位于两个永磁体102之间的导体103，该导体103的两端分别电性连接电流处理电路2，该导体103可以在与磁感线垂直的方向上往复运动，切割磁感线，从而在导体103上产生感应电动势，并将该电流传导给电流处理电路2；当智能设备发生运动时，电磁屏蔽壳101会随之发生运动，导致电磁屏蔽壳101发生倾斜，如果电磁屏蔽壳101的倾斜角度不大的情况下，导体103可能还停留在电磁屏蔽壳101中的某一位置不动，当智能设备的运动幅度足够大的时候，则导体103可以克服摩擦力在电磁屏蔽壳101中发生移动，随着电磁屏蔽壳101的往复倾斜，来回切割两个永磁体102之间的磁感线，从而在导体103中产生感应电流，并将该感应电流源源不断地输送给电流处理电路2。

所述导体103采用超导材料，导体103的具体结构形状不固定，只要能最大限度切割磁感线，最大程度产生电能即可。

能量转换电路1中产生的电能是交流电，需要电流处理电路2对其进行处理，变为直流电后，才能对智能设备的充电电路进行充电，并且能量转换电路产生的电压不一定能满足智能设备的充电电路所需的电压，也需要电流处理电路2对其进行处理，将电压调制成智能设备的充电电路所需的充电电压。

如图3所示，所述的电流处理电路2包含：

整流桥201，其输入端电性连接能量转换电路1中导体103的两端，用于将导体103中产生的交流感应电流变为直流电流；

脉宽调制电路202，其输入端电性连接整流桥201的输出端，输出端电性连接智能设备的充电电路，用于将整流桥201输出的直流电流调制为智能设备的充电电路所需的充电电压，从而对智能设备的充电电路进行充电。

如图4所示，在本实施例中，利用充电装置对便携式智能设备进行充电的方法包含以下步骤：

步骤S0、控制器3判断智能设备的充电电路是否需要充电，若是，进行步骤S1；

步骤S1、控制器3判断能量存储电路4中是否存储有电能，若是，进行步骤S2，若否，进行步骤S4；

步骤S2、控制器3控制能量存储电路4对智能设备的充电电路进行充电，直至能量存储电路4中的电能全部耗尽，进行步骤S3；

步骤S3、控制器3判断智能设备的充电电路是否充满，若是，断开能量存储电路4与智能设备的充电电路之间的连接，停止充电，进行步骤S0，若否，进行步骤S4；

步骤S4、令便携式智能设备产生运动，动能感应电路5采集动能数据，控制器3判断运动幅度是否达到了可以使导体103反复切割永磁体102之间的磁感线的程度，若否，进行步骤S5，若是，则导体103中产生感应电流，进行步骤S6，

步骤S5、控制器3发出提示，建议用户加大对智能设备的运动幅度，进行步骤S4；

步骤S6、整流桥201将导体103中的交流感应电流变为直流电流；

步骤S7、脉宽调制电路202将整流桥201输出的直流电流调制为智能设备的充电电路所需的充电电压，对智能设备的充电电路进行充电；

步骤S8、控制器3判断智能设备的充电电路是否充满，若是，则断开电流处理电路2与智能设备的充电电路之间的连接，进行步骤S9，若否，继续充电；

步骤S9、控制器3恢复电流处理电路2和能量存储电路4的连接，使电流处理电路2开始对能量存储电路4进行充电；

步骤S10、控制器3判断能量存储电路4是否充满，若是，则断开电流处理电路2和能量存储电路4的连接，进行步骤S0，若否，继续充电。

在本实用新型的另一个实施例中，可以采用压电陶瓷来将机械能转换为电能，压电陶瓷是目前应用比较广泛的机械能-电能转换装置之一，该压电陶瓷可以将机械能转换为电能，并已经广泛应用于电子打火机、燃气灶中。

如图5所示，所述的能量转换电路1包含：

外壳104；

两个分别固定设置在外壳104中相对的两个端部的压电陶瓷105，这两个压电陶瓷105分别电性连接电流处理电路2；

活动设置在外壳104中的触发体106，该触发体106可以在外壳104中自由移动，该触发体106具有一定质量，可以使其在重力作用下与压电陶瓷105产生接触，使压电陶瓷受压产生脉冲电流；当智能设备发生运动时，外壳104会随之发生运动，导致外壳104发生倾斜，如果外壳104的倾斜角度不大的情况下，触发体106可能还停留在外壳104中的某一位置不动，当智能设备的运动幅度足够大的时候，则触发体106可以克服摩擦力在外壳104中发生移动，并接触到压电陶瓷105，使压电陶瓷105受到压迫，产生脉冲电流，随着电磁屏蔽壳101的往复倾斜，外壳104两端的压电陶瓷105间歇性地产生脉冲电流输送给电流处理电路2。

所述的触发体106可以采用多种材质，只要保证其质量能够满足对压电陶瓷产生压迫，足以使压电陶瓷产生脉冲电流即可。

压电陶瓷产生的脉冲电流具有如下特点：1、电压较高，超过了便携式智能设备充电电路的直接输入电压；2、脉冲时间短。因此，压电陶瓷产生的脉冲电流无法直接接入便携式智能设备的充电电路，需要利用电流处理电路2对压电陶瓷产生的脉冲电流进行处理后，再输出给智能设备的充电电路。

如图6所示，所述的电流处理电路2包含：

振荡电路203，其输入端电性连接能量转换电路1中的压电陶瓷105，用于将压电陶瓷输出的脉冲电流转换为时间较长的振荡电流；

整流电路204，其输入端电性连接振荡电路203的输出端，用于对振荡电路203输出的振荡电流进行整流，使其输出电压满足便携式智能设备充电电路的输入电压，从而对智能设备的充电电路进行充电。

如图7所示，在本实施例中，利用充电装置对便携式智能设备进行充电的方法包含以下步骤：

步骤S0、控制器3判断智能设备的充电电路是否需要充电，若是，进行步骤S1；

步骤S1、控制器3判断能量存储电路4中是否存储有电能，若是，进行步骤S2，若否，进行步骤S4；

步骤S2、控制器3控制能量存储电路4对智能设备的充电电路进行充电，直至能量存储电路4中的电能全部耗尽，进行步骤S3；

步骤S3、控制器3判断智能设备的充电电路是否充满，若是，断开能量存储电路4与智能设备的充电电路之间的连接，停止充电，进行步骤S0，若否，进行步骤S4；

步骤S4、令便携式智能设备产生运动，动能感应电路5采集动能数据，控制器3判断运动幅度是否达到了可以使触发体106克服摩擦力在外壳104中发生移动的程度，若否，进行步骤S5，若是，则触发体106接触到压电陶瓷105，使压电陶瓷105受到压迫产生脉冲电流，进行步骤S6，

步骤S5、控制器3发出提示，建议用户加大对智能设备的运动幅度，进行步骤S4；

步骤S6、振荡电路203将压电陶瓷105输出的脉冲电流转换为时间较长的振荡电流；

步骤S7、整流电路204对振荡电路203输出的振荡电流进行整流，使其输出电压满足便携式智能设备充电电路的输入电压，对智能设备的充电电路进行充电；

步骤S8、控制器3判断智能设备的充电电路是否充满，若是，则断开电流处理电路2与智能设备的充电电路之间的连接，进行步骤S9，若否，继续充电；

步骤S9、控制器3恢复电流处理电路2和能量存储电路4的连接，使电流处理电路2开始对能量存储电路4进行充电；

步骤S10、控制器3判断能量存储电路4是否充满，若是，则断开电流处理电路2和能量存储电路4的连接，进行步骤S0。

本实用新型提供的充电装置通过将便携式智能设备在运动过程中产生的机械能转换为电能来为便携式智能设备的充电电路进行充电，充电方式简便，最大的好处是，摆脱了传统智能设备对电源充电器或者移动充电器的依赖，在无法或者不便使用电源充电器和移动充电器的情况下，仍然能够为便携式智能设备进行充电，扩展了智能设备的应用场合，大大提升了智能设备的使用体验。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种充电装置，其特征在于，其设置在便携式智能设备内部，用于给便携式智能设备的电池充电；

该充电装置包含：

能量转换电路（1），其用于将机械能转换为电能；

电流处理电路（2），其电性连接能量转换电路（1）和智能设备的充电电路，用于将能量转换电路（1）产生的输出电压转换为便携式智能设备充电电路的输入电压，从而对智能设备的充电电路进行充电；

控制器（3），其电性连接电流处理电路（2）和智能设备的充电电路，用于监控充电过程，直至电池充满，则控制器（3）切断电流处理电路（2）和智能设备的充电电路之间的连接，停止对电池进行充电，控制器（3）同时提示用户电池已经充满。

2.如权利要求1所述的充电装置，其特征在于，所述的充电装置还包含一能量存储电路（4），其电性连接电流处理电路（2）、控制器（3）和智能设备的充电电路，该能量存储电路用于存储能量转换电路（1）产生的剩余电能，并且可以在便携式智能设备电池电量被消耗至低于最低电量，且没有外接电源或充电器，并且智能设备没有产生机械能的情况下，对智能设备的充电电路进行充电，避免了智能设备失电。

3.如权利要求2所述的充电装置，其特征在于，所述的充电装置还包含一动能感应电路（5），其电性连接控制器（3），用于监测智能设备的动能，并将监测数据发送给控制器（3）。

4.如权利要求3所述的充电装置，其特征在于，所述的能量转换电路（1）包含：

电磁屏蔽壳（101），其用于屏蔽电磁场；

两个分别固定设置在电磁屏蔽壳（101）中相对的两个端部的永磁体（102），这两个永磁体（102）之间产生磁场；

活动设置在电磁屏蔽壳（101）中，且位于两个永磁体（102）之间的导体（103），该导体（103）的两端分别电性连接电流处理电路（2），该导体（103）可以在与磁感线垂直的方向上往复运动，切割磁感线，从而在导体（103）上产生感应电动势，并将该电流传导给电流处理电路（2）。

5.如权利要求4所述的充电装置，其特征在于，所述的电流处理电路（2）包含：

整流桥（201），其输入端电性连接能量转换电路（1）中导体（103）的两端，用于将导体（103）中产生的交流感应电流变为直流电流；

脉宽调制电路（202），其输入端电性连接整流桥（201）的输出端，输出端电性连接智能设备的充电电路，用于将整流桥（201）输出的直流电流调制为智能设备的充电电路所需的充电电压，从而对智能设备的充电电路进行充电。

6.如权利要求3所述的充电装置，其特征在于，所述的能量转换电路（1）包含：

外壳（104）；

两个分别固定设置在外壳（104）中相对的两个端部的压电陶瓷（105），这两个压电陶瓷（105）分别电性连接电流处理电路（2）；

活动设置在外壳（104）中的触发体（106），该触发体（106）可以在外壳（104）中自由移动，该触发体（106）的质量使其在重力作用下与压电陶瓷（105）产生接触，使压电陶瓷受压产生脉冲电流输送给电流处理电路（2）。

7.如权利要求5所述的充电装置，其特征在于，所述的电流处理电路（2）包含：

振荡电路（203），其输入端电性连接能量转换电路（1）中的压电陶瓷（105），用于将压电陶瓷输出的脉冲电流转换为振荡电流；

整流电路（204），其输入端电性连接振荡电路（203）的输出端，用于对振荡电路（203）输出的振荡电流进行整流，使其输出电压满足便携式智能设备充电电路的输入电压，从而对智能设备的充电电路进行充电。

8.如权利要求2所述的充电装置，其特征在于，所述的能量存储电路（4）采用电容储能电路，或者电感储能电路。

9.如权利要求3所述的充电装置，其特征在于，所述的动能感应电路（5）采用加速度传感器，或陀螺仪，或方向传感器，或倾角传感器。