本实用新型专利技术公开了一种基于压电材料的储能装置，在压电薄膜的表面附着电的导体，在压电薄膜的表面或附近设置磁铁，所述导体的摆放方向与磁铁的磁感线成一定角度，使导体在震动或运动时切割磁感线并产生电能，同时，压电薄膜也会由于自身形变而产生电能。然后，利用储能元件存储上述电能，与单纯采用压电材料相比，动能至电能的转化效率高。将其应用于穿戴式电子产品的电源模块中，有效解决电子产品自带电源有限的问题。本实用新型专利技术环保节能，易于推广实施，尤其适用于运动型的穿戴式电子产品。
【技术实现步骤摘要】
—种基于压电材料的储能装置
本技术涉及一种电子产品，具体为一种用于穿戴式电子产品的基于压电材料的储能装置。
技术介绍
近两年，可穿戴式产品呈现井喷式发展，从以Galaxy Gear为代表的智能手表到以Jawbone UP为代表的运动健康腕带等，极大方便了人们的日常生活。然而，由于可穿戴设备的电池容量有限，其有效工作时间在几个小时到几天之间，需要定期充电才能维持设备的持续运转。手机等电子产品也存在同样的问题。人在日常生活中不可避免的要发生运动，如步行等。这个过程中的动能如果可以转换成电能并加以储存，将大大延长小型电子设备的工作时间，例如自动机械表等。自动机械表一般由自动锤(重锤)、换向轮、自动传动轮、自动头轮等组成。自动锤用螺钉固定在中心自动锤轴上，在外力的作用下，它围绕中心旋转带动换向轮，换向轮轴齿又推动自动传动轮转动，自动传动轮推动自动头轮，自动头轮与大钢轮齿啮合，使大钢轮一个齿一个齿地转动而上条。全自动表是自动陀向任一方向转动都能上条。然而，该类方法复杂，对机械部件要求高，相应成本也很高。同时，人体的运动可能没有长久的规律性。比如，即使步行或跑步等运动，也可能由于速度的快慢等是频率始终在发生着变化。换言之，依靠特定频率的共振来转换能量可能不太现实。美国MicroGen公司的BOLT产品根据不同的特定频率研发出基于IOOHz、120Hz和600Hz等产品。这些产品都不合适用于以人体运动为考量的应用中。人体步行和跑步的频率一般分别在1-2步/秒和3-9步/秒等，但都远低于BOLT产品的固定频率。美国密歇根大学2010年研发的微型发电机(参数频率增加发电机，Parametric Frequency IncreasedGenerators，PFIGs)针对于随机的震动。该方法自称可以产生10-100微瓦的电能。然而，该能量对于驱动目前的可穿戴设备而言仍然不够。上述两个例子中的产品都基于压电薄膜所实现。压电材料会由于震动而发生形变，该形变会产生一个电压差，通过收集电动势来达到采集电能的目的。一般来说，震动的幅度越大，则压电材料的应变越大，即其产生的电动势越大；类似的幅度发生的越频繁，其可收集的电能也越多。但目前上述的实施例中，一般都基于正常震动产生的频率，该情况下所能产生的电能是有限的，无法驱动目前电路越来越复杂的电子设备。且这些薄膜的形变往往只考虑了 二维方向，如上下震动，对于其他方向的运动则难以准确捕捉。
技术实现思路
本技术的技术目的是针对现有技术存在的缺陷或不足，提供一种储能效率更好基于压电材料的储能装置。为实现上述技术目的，本技术提供的技术方案为:一种基于压电材料的储能装置，设有压电薄膜及储能单元，其特征在于，还包括以下组成构件:A)导体及磁铁单元，所述导体附着在压电薄膜表面，与磁铁的磁感线成一定角度，使其发生震动(或振动)时能最大限度的做切割磁感线的运动；B)信号处理单元，压电薄膜的输出端与信号处理单元电路的输入端连接，所述导体通过两端的引线与信号处理单元电路输入端连接；C)控制电路及驱动电源，所述驱动电源与信号处理单元电路或储能单元电路连接，向信号处理单元或储能单元输出驱动电流；控制电路与驱动电源电路连接，控制驱动电源的通断；所述信号处理单元电路的输出端与储能单元电路的输入端连接，通过信号处理单元可对导体切割磁感线产生的电信号、压电薄膜产生的电信号进行方向检测、滤波及叠加等信号处理，提高储能单元的储能效率。所述压电薄膜的输出端固定安装，压电薄膜的其它端部或侧边为自由端，使其在震动(或振动)中能够摆动，促进导体切割磁感线的运动。作为优选，所述导体设置为条状或棒状，压电薄膜上设置有一根以上的导体。导体的材料可选用铜、铝等良导体金属材料，而压电薄膜可采用压电聚偏氟乙烯PVDF高分子膜坐寸ο进一步的，本装置可设置多个压电薄膜，每个压电薄膜均配有对应的导体及磁铁单元。且优选的，所述多个压电薄膜至少包括两个以上按不同轴向方向摆放的压电薄膜，例如，在横向、纵向及竖向三轴向(即X、Y、Z轴向)上均设置压电薄膜及配套的导体、磁铁等。上述的储能装置可设置在穿戴式电子产品的电源模块电路中，将人体运动产生的动能转换为电能，用于电子产品的供电，延长电子产品的持续工作时间。本技术采集的电能包括压电薄膜自身形变所产生的电动势和压电薄膜上导体切割磁感应线所产生的电动势两个方面，动能至电能的转化效率高，转化效果好，且方法易于实施，装置结构简洁，易于生产制造，便于推广使用，尤其适用于运动型的穿戴式电子产品，环保节能。【附图说明】图1为本技术的结构示意图；图2为压电薄膜、导体及磁场的方位结构示意图。上图中，1-控制电路，2-压电薄膜，3-磁铁单元，4-信号处理单元，5-储能单元、6-金属导体。【具体实施方式】为进一步阐明本技术的方案原理及技术效果，下面结合附图及具体实施例对本技术做进一步的介绍。如图1所示的一种基于压电材料的储能装置，包括控制电路1、压电薄膜2、磁铁3、信号处理单元4、储能单元5、金属导体6和磁铁。所述金属导体6采用金属棒或金属条，附着在压电薄膜2的表面(金属导体与压电薄膜之间无电连接)。例如图2所示的一矩形压电薄膜2表面设有若干条平行的金属导体6。金属导体6在压电薄膜2上的设置方向与磁铁的磁感线成一定角度，使其运动时切割磁感线，以垂直于磁铁N级-S级连线为佳。而磁铁可采用条形或U形等常规形状，附着于压电薄膜2表面或设置在压电薄膜2附近的位置。压电薄膜2的输出端与信号处理单元4电路的输入端连接，所述金属导体6两端通过引线与信号处理单元4电路输入端连接。所述信号处理单元4电路的输出端与储能单元5电路的输入端连接。所述储能单元5—般为以超级电容等储能元件为核心部件的电路模块。所述压电薄膜2的输出端固定于储能装置中，而压电薄膜2的其它端部或侧边设为自由端。当储能装置发生震动或运动时，压电薄膜2自由端的摆动幅度较大，故可将磁铁设置在靠近压电薄膜2自由端的一侧，且金属导体6也尽量设置在靠近自由端的位置。如图2所示，压电薄膜2的底端固定，上端为自由端，故薄膜自由端只能向图中的左侧或右侧摆动，图中虚线部分为自由端转过180°的示意。压电薄膜2上方存在磁场，当薄膜上端摆动时，由于金属导体6切割磁感线，各金属导体6上都会产生大小不一但方向一致的感应电流i，通过信号处理单元4的处理，将这些电流信号叠加可得总电流。考虑到储能装置震动方向的不确定性，优选的，可在X、Y、Z三轴向上均设置压电薄膜2和配套的磁铁、金属导体6等，即在前后、左右和上下方向上均存在具有摆动条件的压电薄膜(图2所示为 可左右摆动的压电薄膜)。同时，当压电薄膜2摆动时，薄膜本身会产生形变，基于压电材料本身形变会产生电压的性质，压电薄膜2和金属导体6这二者在震动中产生的电能在信号处理单元4的处理后，可存储至电容等储能器件中。所述信号处理单元4的功能包括对多维方向电动势信号的识别和滤波等调理，并叠加。本技术储能装置本身需要一定的外部电源供电，用于驱动信号处理单元4和储能单元5等。该外部驱动电源由控制电路I控制其通断。同时，也可进一步设置检测压电薄膜2、金属导体6或电子产品本体(解释为包括储能装置或不包括均可)是否处于震动本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于压电材料的储能装置，设有压电薄膜及储能单元，其特征在于，还包括以下组成构件：A）导体及磁铁单元，所述导体附着在压电薄膜表面，与磁铁的磁感线成一定角度摆放；B）信号处理单元，压电薄膜的输出端与信号处理单元电路的输入端连接，所述导体通过两端的引线与信号处理单元电路输入端连接；C）控制电路及驱动电源，所述驱动电源与信号处理单元电路或储能单元电路连接，向信号处理单元或储能单元输出驱动电流；控制电路与驱动电源电路连接，控制驱动电源的通断；所述信号处理单元电路的输出端与储能单元电路的输入端连接；所述压电薄膜的输出端固定安装，压电薄膜的其它端部或侧边为自由端。
【技术特征摘要】
1.一种基于压电材料的储能装置，设有压电薄膜及储能单元，其特征在于，还包括以下组成构件: A)导体及磁铁单元，所述导体附着在压电薄膜表面，与磁铁的磁感线成一定角度摆放； B)信号处理单元，压电薄膜的输出端与信号处理单元电路的输入端连接，所述导体通过两端的引线与信号处理单元电路输入端连接； C)控制电路及驱动电源，所述驱动电源与信号处理单元电路或储能单元电路连接，向信号处理单元或储能单元输出驱动电流；控制电路与驱动电源电路连接，控制驱动电源的通断； 所述信号处理单元电路的输出端与储能单元电路的输入端连接；所述压电薄膜的输出端固定安装，压电薄膜的其它端部或侧边为自由端。2.根据权利要求1所述的一种基于压电材料的储能装置，其特征在于，所述导体呈条状或棒状，压电薄膜上设置...
【专利技术属性】
技术研发人员：郝鹏，
申请(专利权)人：镇江博联电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32
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