一種基于壓電電磁集成發(fā)電的移動電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于移動電源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于壓電電磁集成發(fā)電的移動電源。
【背景技術(shù)】
[0002]移動電子設(shè)備的應(yīng)用日益廣泛，如智能手機(jī)、便攜式數(shù)碼攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和mp3等，因此各種移動電子設(shè)備的電源續(xù)航能力目前成為消費(fèi)者關(guān)注的焦點(diǎn)問題之一。傳統(tǒng)的移動電源雖然能有效延長移動設(shè)備的使用時間，但存儲電量有限，需要通過固定電源對其進(jìn)行充電從而補(bǔ)充電能，因此在許多場合中難以滿足人們的使用需求。
[0003]電磁效應(yīng)發(fā)電是一種利用強(qiáng)力永磁體和線圈做磁場切割運(yùn)動產(chǎn)生電能的發(fā)電方式，其線圈截面一般設(shè)計為圓形，即由圓柱形永磁鐵在線圈繞制的圓柱型腔體內(nèi)直線往返運(yùn)行而產(chǎn)生電能。電磁發(fā)電微電源研究起始于20世紀(jì)90年代，1996年英國Sheffield大學(xué)的C.B.Wi 11 iams等人提出基礎(chǔ)理論模型，后來經(jīng)過一些學(xué)者的研究，產(chǎn)生了利用電磁感應(yīng)的原理將人體機(jī)械能作為電磁轉(zhuǎn)換原動力的發(fā)電裝置，僅通過用戶的日常運(yùn)動即可發(fā)電。該發(fā)電裝置體積小巧，具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，是一種較實(shí)用的發(fā)電方式，但由于單一電磁效應(yīng)發(fā)電能量轉(zhuǎn)換率較低，以至于所產(chǎn)生的電能無法滿足用戶需求。
[0004]目前，壓電材料在現(xiàn)代科技中應(yīng)用越來越廣，國內(nèi)外學(xué)者對此開展了深入的研究。通過壓電效應(yīng)和電磁轉(zhuǎn)換獨(dú)立發(fā)電的微電源研究理論計算和微電源結(jié)構(gòu)設(shè)計取得了顯著發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)壓電智能發(fā)電在實(shí)際中的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。
[0005]壓電電磁集成發(fā)電是一項新的研究課題，最早的模型為2000年美國伯克利大學(xué)Soundy博士系統(tǒng)研究并利用電路等效原理建立的壓電發(fā)電微電源理論模型，后來一些企業(yè)和學(xué)者對此開展了深入的研究，研制出了幾種不同類型的壓電電磁集成發(fā)電裝置，如:2008年美國Illinois Institute of Technology的A.Khaligh等人設(shè)計的蛇形彈簧結(jié)構(gòu)的壓電電磁集成發(fā)電裝置，同年美國Missour 1-Columbia大學(xué)的T.Wacharasindhu等人設(shè)計的鍵盤式集成能源采集器等。當(dāng)然，該課題仍存在著許多困難，如結(jié)構(gòu)設(shè)計的探索研究，控制壓電電磁微電源輸出穩(wěn)定電能的電路控制系統(tǒng)的完善等，但其巨大的優(yōu)點(diǎn)卻還吸引著學(xué)者們的不斷研究。經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)測試，壓電電磁集成發(fā)電的總輸出功率并不是單個系統(tǒng)輸出功率的簡單疊加，相較于單一電磁效應(yīng)發(fā)電的強(qiáng)大優(yōu)越性決定了其廣闊的發(fā)展前景。
[0006]因此，有必要設(shè)計一種基于壓電電磁集成發(fā)電的移動電源，使得該移動電源不僅可以實(shí)現(xiàn)人們隨時隨地充電，而且其能源收集與轉(zhuǎn)化發(fā)電原理也十分簡單，只需通過用戶主動搖晃、振蕩或間接被動的運(yùn)動(如用戶攜帶該裝置散步，跑步，騎車或其它日?；顒?獲得電能，具有良好的環(huán)境適應(yīng)性和實(shí)用性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于壓電電磁集成發(fā)電的移動電源，該移動電源可以同時利用壓電效應(yīng)和電磁轉(zhuǎn)換進(jìn)行能量存儲，能夠有效地提高移動電子設(shè)備的續(xù)航能力，是一種清潔、環(huán)保、方便的移動供電設(shè)備。
[0008]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0009]本發(fā)明包括殼體及放置在殼體內(nèi)的電池管理系統(tǒng)、儲能元件和壓電電磁集成發(fā)電裝置。所述的壓電電磁集成發(fā)電裝置包括固定框架、磁性圓盤、中心桿、陀飛輪和游絲。所述游絲的一端和兩個磁性圓盤均固定在固定框架上;游絲的另一端與中心桿固定;游絲的形狀呈阿基米德螺旋線，沿阿基米德螺旋線在表面覆蓋壓電聚合物薄膜或壓電混合復(fù)合材料;所述的中心桿與兩個磁性圓盤均構(gòu)成轉(zhuǎn)動副;所述的陀飛輪設(shè)置在兩個磁性圓盤之間，且固定在中心桿上;陀飛輪的兩端均設(shè)有重陀；兩重陀的重量及其重力的力臂均相等。游絲與固定框架固定的一端以及陀飛輪與中心桿的固定連接處均作為壓電電磁集成發(fā)電裝置的電能輸出端。
[0010]所述的電池管理系統(tǒng)包括充電電路管理模塊、升壓模塊、電路保護(hù)模塊和輸出模塊;所述的充電電路管理模塊將壓電電磁集成發(fā)電裝置輸出的電能轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定電壓輸入到儲能元件中；充電電路管理模塊采用LINEAR公司的LTC3588-1芯片；充電狀態(tài)下，儲能元件輸出穩(wěn)定電流，通過電路保護(hù)模塊后，經(jīng)升壓模塊升壓提供給輸出模塊以供給充電；電路保護(hù)模塊反饋電流給充電電路管理模塊;輸出模塊的輸出端口電流值超過k時，k取2?4A中的一個值，充電電路管理模塊檢測到過流，關(guān)斷輸出端口負(fù)端與地的連接。
[0011 ]所述磁性圓盤提供的磁場強(qiáng)度為0.4?0.7T。
[0012]所述的儲能元件和電路保護(hù)模塊均通過狀態(tài)指示模塊指示當(dāng)前狀態(tài)。
[0013]所述的壓電電磁集成發(fā)電裝置替換為市電與充電電路管理模塊連接，充電電路管理模塊將市電轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定電壓輸入到儲能元件中。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
[0015]1、本發(fā)明采用全新的壓電電磁集成發(fā)電裝置，首次將壓電電磁集成發(fā)電概念運(yùn)用到移動電源中，開拓了移動電源發(fā)電方法的新技術(shù)。相較于傳統(tǒng)移動電源，創(chuàng)新性地采集人體機(jī)械能作為電能來源，更加綠色環(huán)保，同時克服了傳統(tǒng)移動電源存儲電量有限，無法持續(xù)供電的問題。
[0016]2、壓電電磁集成發(fā)電裝置可以同時利用壓電效應(yīng)和電磁轉(zhuǎn)換進(jìn)行能量存儲，克服了原有單一電磁效應(yīng)發(fā)電裝置發(fā)電效率低的問題，受晝夜變化、光照強(qiáng)度和溫度等環(huán)境條件影響較小。
[0017]3、壓電電磁集成發(fā)電裝置不僅可以實(shí)現(xiàn)人們隨時隨地充電，而且其能源收集與轉(zhuǎn)化發(fā)電原理也十分簡單，只需將其隨身攜帶，通過平時的走路、運(yùn)動、搖晃等就能對其充電，具有良好的環(huán)境適應(yīng)性和實(shí)用性。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本發(fā)明中壓電電磁集成發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)立體圖；
[0020]圖3是本發(fā)明中壓電電磁集成發(fā)電裝置去除固定框架后的結(jié)構(gòu)立體示意圖；
[0021]圖4是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0023]如圖1、2和3所示，一種基于壓電電磁集成發(fā)電的移動電源，包括殼體I及放置在殼體I內(nèi)的電池管理系統(tǒng)2、儲能元件3和壓電電磁集成發(fā)電裝置4。壓電電磁集