[发明专利]用于穿戴式电子产品的基于压电材料的储能方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子产品,具体为一种用于穿戴式电子产品的基于压电材料的储能方法及装置。

背景技术

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100Hz、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 Increased Generators，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。

发明内容

本发明的技术目的是针对现有技术存在的缺陷或不足，提供一种储能途径更多、效率更好的用于穿戴式电子产品的储能方法及能够用于实施该方法的储能装置。

为实现上述技术目的，本发明提供的技术方案为：

一种用于穿戴式电子产品的基于压电材料的储能方法，其特征在于，包括以下步骤：

在穿戴式电子产品的电源模块中设置压电薄膜，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，使导体产生震动（或振动）时能够做切割磁感线的运动；

利用储能电路存储导体切割磁感线产生的电能和压电薄膜产生的电能，用作电子产品的供电。

进一步的，本方法还包括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、叠加的信号处理步骤。

进一步的，通过控制电路控制驱动储能电路或信号处理电路本体工作的电源的通断；通过震动传感装置检测压电薄膜、导体或电子产品本体是否处于震动状态中，当检测到压电薄膜、导体或电子产品本体处于非震动状态且超出设定时间值后，控制电路即切断储能电路或信号处理电路的驱动电源。 

为使电子产品发生不同角度的运动或震动时，均有导体做切割磁感应线的运动，可在横向、纵向及竖向上（即X、Y、Z三轴向）分别设置压电薄膜，每个压电薄膜均配有对应的导体和磁铁单元。

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；