一种用于电子手表的振动能量收集装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种用于电子手表的振动能量收集装置，包括振动能量收集电路、三倍压电路和电源管理电路，所述振动能量收集电路包括电极并联的压电双晶片，所述压电双晶片包括上层压电晶片和下层压电晶片，所述上层压电晶片和下层压电晶片分别粘合在金属弹性层的上下两侧构成电能输出的一极，所述上层压电晶片的表面与下层压电晶片的表面相连构成另一极，所述金属弹性层采用悬臂梁结构与基座连接。本实用新型专利技术所提供的一种用于电子手表的振动能量收集装置，能利用压电转换产生一定的电压，并利用这个电压对电池进行充电，可延长电子手表的使用寿命，减少化学电池造成的环境污染，且压电材料价格便宜，成本低，易于维护。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于电子手表的振动能量收集装置，属于能量回收利用领域。
技术介绍
随着微电子技术日益成熟，各种微型传感器、可携带电子器件和小型自治设备得到了广泛的应用，特别是低功耗电子技术的快速发展，使得对能量收集的研究越来越多。能量主要有太阳能、热能、和振动能，但太阳能收集装置不适合用于运动的载体，只能在室外且有光照的地方工作；热能收集是基于温度梯度的，如想要在小范围内实现较大的温差是相当困难的。相比较而言，振动能在环境中是无处不在的，比如发动机产生的振动，人行走时对地面产生的振动，如果把这些浪费掉的振动能有效的收集并加以处理转换为电能，可以较好地解决微型电子器件功率下降这一问题，即可以利用环境中的振动为微型电子设备供电，替代或者减少外部电源及充电电池。但环境中产生的机械振动很多都是低频的，比如人走路、慢跑产生的，即使是快跑所产生的振动能，相较于其他的大型机械产生的振动能来说都是较低的，所以需要解决的问题是，设计一种振动能收集装置将这些环境中浪费掉的低频振动能收集起来，以用于低功耗电子器件的供能。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种用于电子手表的振动能量收集装置，可将低频振动能量转换为电能并给电子手表供电，安全环保。为解决以上技术问题，本技术采用的技术方案是：一种用于电子手表的振动能量收集装置，包括：振动能量收集电路，用于收集振动能量，并转为交流电压输出；三倍压电路，放大振动能量收集电路产生的交流电压；电源管理电路，整流来自三倍压电路的电流，转为直流电输出；所述振动能量收集电路包括电极并联的压电双晶片，所述压电双晶片包括上层压电晶片和下层压电晶片，所述上层压电晶片和下层压电晶片分别粘合在金属弹性层的上下两侧构成电能输出的一极，所述上层压电晶片的表面与下层压电晶片的表面相连构成另一极，所述金属弹性层采用悬臂梁结构与基座连接。所述压电晶片为矩形压电晶片。所述金属弹性层的材料是铜合金#CW617N。所述压电晶片的材料为PZT-5。所述电源管理电路包括全波桥式整流器和高效率降压型转换器。所述电源管理电路包括LTC3588-1芯片。本技术的有益效果在于：振动能量收集电路通过基座振动产生激励，经压电晶片的正压电效应产生交流电压，由压电晶片上的电极输出，采用悬臂梁结构可产生最大的挠度，且具有较低的谐振频率，因此采用压电悬臂梁结构可提高收集振动能量的效率，实现了将机械能到电能的高效转换；再通过三倍压电路将压电晶体产生的交流电压进行倍压放大，利用电源管理电路的低噪声全波整流及高效降压转换器进行变换，获得可为电子手表等低能耗器件供电的直流电压，最终实现将低频振动能量转换为电能并给电子手表供电，使电子手表的电池使用寿命延长，实现了低频振动能的回收利用，与使用化学电池相比，更为安全环保；且采用的振动能量收集电路、三倍压电路、电源管理电路结构简单，便于维护。因此，本技术所提供的一种用于电子手表的振动能量收集装置，能利用压电转换产生一定的电压，并利用这个电压对电池进行充电，可延长电子手表的使用寿命，减少化学电池造成的环境污染，且压电材料价格便宜，成本低，易于维护。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2位本技术的振动能量收集电路图；图3为本技术的三倍压电路图；图4为本技术的电源管理电路图。具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本技术的技术方案，而不能以此来限制本技术的保护范围。如图1所示的一种用于电子手表的振动能量收集装置，包括：振动能量收集电路，用于收集振动能量，并转为交流电压输出；三倍压电路，放大振动能量收集电路产生的交流电压；电源管理电路，整流来自三倍压电路的电流，转为直流电输出；如图2所示，所述振动能量收集电路包括电极并联的压电双晶片，所述压电双晶片包括上层压电晶片1和下层压电晶片1，所述上层压电晶片1和下层压电晶片1分别粘合在金属弹性层2的上下两侧构成电能输出的一极，所述上层压电晶片1的表面与下层压电晶片1的表面相连构成另一极，所述金属弹性层2采用悬臂梁结构与基座连接。所述压电晶片1为矩形压电晶片1，通过测试比较各种形状的压电晶片1的性能，得出矩形的压电晶片1的应变和产生电压最大，更适合于制作能量收集器。所述金属弹性层2的材料是铜合金#CW617N。所述压电晶片1的材料为PZT-5。人体运动产生的能量是低频率的，而悬臂梁结构可产生最大的挠度，且具有较低的谐振频率，因此用新型采用压电悬臂梁结构来收集振动能量；选择稳定性好，机械品质因数高的压电晶片1作为压电元件，将压电晶片1并联在金属弹性层2的两侧构成电能输出的一级，上层压电晶片1的表面与下层压电晶片1的表面相连构成另一级；与串联相比，并联可以产生更大的电流来为电池充电；通过基座振动产生激励，经压电层的正压电效应产生交流电压，由压电晶片1上的电极输出，压电晶片1工作在d31模式。如图3所示的三倍压电路，当环境产生的振动频率很低时，压电能量收集器产生电压也就较小，但电源管理芯片工作电压需要大于2.7V，所以必须要用三倍压电路将收集器产生的电压进行升压。此电路的工作原理为:在正弦电压源的第一正半周时，C1被充电达到峰值U，第一个负半周时C2上的电压被充电到接近2U，当第二个正半周时，D1，D3导通，D2截止，C2上的电压与电源串联经D3对C3充电至3U。当然开始几个周期电容上的电压并不能真正充到这样高，但经过几个周期以后C3上的电压逐渐能稳定在3U左右，从而在负载两端得到近似于三倍的电压。如图4所示的电源管理电路，美国凌力尔特公司推出的新型压电能量采集电源解决方案LTC3588-1，以优化对低压电源(包括压电传感器)的管理。LTC3588-1内部集成一个低损耗、全波桥式整流器和一个高效率降压型转换器，以通过压电能量收集器收集环境中的振动能量，然后将这种能量转换成调节好的电压输出，为微控制器、传感器、数据转换器和无线传输组件等低耗能电子器件供电。LTC3588-1在2.7V至20V的输入电压范围内工作，其输出可设定为1.8V、2.5V、3.3V和3.6V这4个中的任意一个，其高效率降压型DC/DC转换器提供高达100mA的连续输出电流或甚至更高的脉冲负载。输出处于稳定状态时(无负载时)静态电流仅为950nA，从而最大限度地提高了总体效率。LTC3588-1可对收集器输出的电压进行整流并通过外部存储电容器进行滤波和存储，同时通过内部并联稳压器稳压、限幅。LTC3588-1有11个引脚，当D1为高电平、D0为低电平时，其输出电压为3.3V。目前市面上一般电子手表电池的使用电压是1.5V和3V，通过测试，本技术通过收集人运动产生的或环境中的低频振动能量通过处理所产生的直流电压可以达到电子手表工作所需要的电压，从而可以为电子手表供能，延长了其使用寿命，且起到了科学环保的意义。以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电子手表的振动能量收集装置，其特征在于， 包括：振动能量收集电路，用于收集振动能量，并转为交流电压输出；三倍压电路，放大振动能量收集电路产生的交流电压；电源管理电路，整流来自三倍压电路的电流，转为直流电输出；所述振动能量收集电路包括电极并联的压电双晶片，所述压电双晶片包括上层压电晶片和下层压电晶片，所述上层压电晶片和下层压电晶片分别粘合在金属弹性层的上下两侧构成电能输出的一极，所述上层压电晶片的表面与下层压电晶片的表面相连构成另一极，所述金属弹性层采用悬臂梁结构与基座连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于电子手表的振动能量收集装置，其特征在于，包括：振动能量收集电路，用于收集振动能量，并转为交流电压输出；三倍压电路，放大振动能量收集电路产生的交流电压；电源管理电路，整流来自三倍压电路的电流，转为直流电输出；所述振动能量收集电路包括电极并联的压电双晶片，所述压电双晶片包括上层压电晶片和下层压电晶片，所述上层压电晶片和下层压电晶片分别粘合在金属弹性层的上下两侧构成电能输出的一极，所述上层压电晶片的表面与下层压电晶片的表面相连构成另一极，所述金属弹性层采用悬臂梁结构与基座连接。2.如权利要求1所述的一种用于电...

【专利技术属性】
技术研发人员：行鸿彦，郭敏，张兰，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32