专利名称：利用压电材料发电为手机供电的方法及其压电发电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种为手机供电的方法，具体涉及一种利用压电材料发电为手机供电 的方法及其压电发电装置，特别涉及一种利用置于手机按键下的压电材料和安装在手机内 的微型震动压电发电装置产生电能为手机供电的方法及其压电发电装置，属于移动电子设 备供电技术领域。
背景技术：
手机是人们日常生活中的必备通讯设备，但手机内的电池电量耗尽后须取下来充 电。经常开机关机对手机的使用寿命有一定的影响，当人们在外出差或旅游时电池没电，而 又没有携带备用电池的话，会给人们的生活带来很大的不便。当人们打电话时手机断电也 是一件很麻烦的事。有的手机在换电池后时间会改变，需重新调整时间。采用直充方式为 手机充电也有不便之处，如不能随身带走手机。我们在使用手机时，对手机按键按压的能量除了给手机的控制器一个信号外，并 没有得到更多的利用；当我们走路时手机在晃动，手机晃动亦是一种可以利用的能量来源， 但目前还没有手机使用中有关能源利用的记载。手机的使用给人们带了巨大的方便和乐趣，然而，当你的手机“电池电量低”的指 示灯开始闪烁，而你才不得不到处寻找充电点，想要及时阅读那份非常重要的信息的时候， 可能给你带来无法实现的苦恼。手机使用中，充电电池储备的电能有限容量和手机使用中 需要持续供电的现实之间产生了矛盾，而经常更换手机电池比较麻烦，且备用的电池容易 丢失，这都会给人们的生活带来极大的不方便。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种利用压电材料发电为手机供电的方法， 通过利用按压手机按键时的压力和手机晃动时的能量来产生有实际用途的电压，并产生可 观的电能向手机电池储存，该方法不仅能够实现对外来能量的回收，实现能量的充分利用， 更可以免去了手机换电池的麻烦，手机电池充电对外部的电源的依赖性显著减小，这将会 给人们的生活带来极大的方便。为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案
本发明利用压电材料发电为手机供电的方法是将压电发电装置置于手机内部，回收作 用于手机上的外力做功所产生的能量，转化为电能加以存储并供手机利用，该方法包括以 下步骤
①在手机内部加入至少一个压电发电装置，用于吸收作用于手机上的外力做功所产 生的能量，压电发电装置以压电材料作为工作介质，通过压电效应将外力做功所产生的能 量转化成电能；
②将压电发电装置产生的电能输送至一个电力变换装置中，由该电力变换装置对电 能进行调整和变换；③将经过电力转换装置调整和变换后的电能存储到手机充电电池中。上述压电发电装置至少包括两个，其中，第一压电发电装置设置于手机的按键键 盘的下方，第一压电发电装置为感应压力型压电发电装置，其利用按压手机按键时的压力 使压电材料产生电能；第二压电发电装置设置于手机内部的其他位置处，第二压电发电装 置为感应震动型的微型压电发电装置，用于吸收手机中的振动能量并产生电能。上述电力转换装置对通过压电发电装置产生的电能进行变换时，对手机电池的充 电电压和电流进行控制。上述电力转换装置对电能的变换包括如下步骤
a.通过变压过程，将压电发电装置产生的交流电进行电压变换；
b.通过整流、滤波过程，将步骤a产生的交流电转变为直流电；
c.通过DC/DC转换过程，将步骤b产生的直流电进行电压和电流变换。为了实现上述利用压电材料发电为手机供电的方法，本发明还提供了一种专门用 于手机供电的压电发电装置，包括至少一个置于手机内部的压电发电装置，压电发电装置 包括压电材料和电力变换装置，压电材料的电能输出端与电力变换装置电连接，电力变换 装置与手机充电电池电连接。上述压电发电装置至少包括两个，其中，第一压电发电装置设置于手机的按键键 盘的下方，第一压电发电装置为感应压力型压电发电装置，包括设置于按键键盘下方的第 一压电材料，利用按压手机按键的压力使第一压电材料产生电能；第二压电发电装置设置 于手机内部的其他位置处，第二压电发电装置为感应震动型的微型压电发电装置，通过吸 收手机中的振动能量并产生电能，微型压电发电装置包括盒体，还包括位于盒体内部的弹 性伸缩元件、微型振子和第二压电材料，弹性伸缩元件的固定端与盒体的一侧内壁固定连 接，弹性伸缩元件的自由端与微型振子的一侧相连接，微型振子的另一侧设有第二压电材 料，微型振子通过感应震动在盒体内沿着弹性伸缩元件的伸缩方向往复滑动，第二压电材 料与盒体固定连接，第二压电材料在弹性伸缩元件处于原始长度状态下与微型振子非接触 并相互邻近。上述第一压电材料设置于手机的按键导电薄膜的下方。上述电力变换装置包括变压器、整流滤波模块和DC/DC转换器，压电材料的电能 输出端与变压器的输入端电连接，用于将压电材料产生的交流电进行电压变换并输出；变 压器的输出端与整流滤波模块的输入端电连接，用于将交流电转变为直流电并输出直流 电；整流滤波模块的输出端与DC/DC转换器的输入端电连接，用于调整DC/DC转换器输出的 电压和电流；DC/DC转换器的输出端与手机充电电池的输入端电连接，用于向手机充电电 池输出电能。上述压电材料为压电晶体、压电陶瓷、压电聚合材料或复合压电材料。上述微型振子为长方体、正方体或球体，微型振子的材料为金属、合金、塑料或硬 质的复合材料。本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点
1.为手机提供了新的能量来源，将以往未加以利用的手机晃动或震动能量以及按压手 机的挤压能量加以回收和利用，这对于手机增加待机时间具有显著的现实意义；
2.可持续为手机提供电能，省去换电池的麻烦；3.当人们出行时不需携带充电器、备用电池，为人们出行提供方便；
4.由于压电材料具有很高的能量密度，因此压电装置的体积小、重量轻，可以在手机 中获得应用，并可实现了能量的充分利用，改变了手机电池充电的传统模式；
5.由于压电发电属于介质发电模式，与传统的发电机发电方式相比，具有结构简单， 响应迅速，能够适合直流驱动、交变动力驱动等多种电力驱动方式，具有广阔的应用领域空 间。
图1是利用压电材料发电为手机供电的方法的控制流程图。图2是采用本发明压电发电装置的手机水平放置时的剖视图。图3是本发明压电发电装置中的感应震动型微型压电发电装置的剖视图。图4是本发明压电发电装置中的感应压力型压电发电装置的剖视图。
具体实施例方式本发明的优选实施例结合附图详述如下
参见图1，本发明利用压电材料发电为手机供电的方法是将压电发电装置置于手机内 部，回收作用于手机上的外力做功所产生的能量，作为电能加以存储并供手机利用，该方法 包括以下步骤
①在手机内部加入至少一个压电发电装置，用于吸收作用于手机上的外力做功所产 生的能量，压电发电装置以压电材料作为工作介质，通过压电效应将外力做功所产生的能 量转化成电能，产生了波形复杂的交流电；
②将压电发电装置产生的电能输送至一个电力变换装置中，由该电力变换装置对电 能进行调整和变换，获得适合手机充电电池存储的电压和电流；
③将经过电力转换装置调整和变换后的电能存储到手机充电电池中。作用于手机上的外力传导到压电材料上时，压电材料因受力的作用发生形变而在 其两端面上产生异号电荷和电动势，产生电能。上述压电发电装置至少包括两个，其中，第一压电发电装置设置于手机的按键键 盘的下方，第一压电发电装置为感应压力型压电发电装置，其利用按压手机按键时的压力 使压电材料产生电能；第二压电发电装置设置于手机内部的其他位置处，第二压电发电装 置为感应震动型的微型压电发电装置，用于吸收手机中的振动能量并产生电能。采用多种 形式回收能量，其一，是在在手机的按键下安放压电材料，当按压手机按键时，按键将压力 传导到压电材料之上，就能使压电材料产生压电效应，将压力做功所产生的能量转化成电 能；另一种形式是
在手机里安放可以感应震动的微型压电发电装置，当人们携带手机走路时、乘坐交通 工具时、进行体育锻炼时或从事其它户外活动时，手机晃动会使置于微型压电发电装置中 的微型振子震动，微型振子的震动会使压电材料受到挤压而产生电能。将各种形式产生的 交流电通过电压变换和整流滤波模块整流滤波后，通过DC/DC转换，输送给手机充电电池 储存起来以便供手机使用。上述电力转换装置对通过压电发电装置产生的电能进行变换时，对手机电池的充电电压和电流进行控制，在调整电压的同时，兼具保护电路的作用。上述电力转换装置对电能的变换包括如下步骤
a.通过变压过程，将压电发电装置产生的交流电进行电压变换，变压过程中，当压电 材料产生的电压过高时，则首先进行降压处理，将电压降到后续电压调整装置所能耐受的 电压范围；
b.通过整流、滤波过程，将步骤a产生的交流电转变为直流电；
c.通过DC/DC转换过程，将步骤b产生的直流电进行电压和电流变换，将电压调整为 手机充电电池所能接受的电压和电流范围。为了实现上述利用压电材料发电为手机供电的方法，本发明的专门压电发电装 置，参见图2，包括至少一个置于手机内部的压电发电装置，压电发电装置包括压电材料和 电力变换装置2，压电材料的电能输出端与电力变换装置2电连接，电力变换装置2与手机 充电电池3电连接。利用压电材料发电可以利用手机承载的多种外力，可以通过多种能量 转化方式实现压电效应，来自手机按键的挤压和手机跟随人体而产生的晃动都是攫取能量 的源泉。参见图3和图4，上述压电发电装置至少包括两个，其中，第一压电发电装置设置 于手机的按键键盘5的下方，第一压电发电装置为感应压力型压电发电装置，包括设置于 按键键盘5下方的第一压电材料4，利用按压手机按键5的压力使第一压电材料4产生电 能；第二压电发电装置设置于手机内部的其他位置处，第二压电发电装置为感应震动型的 微型压电发电装置1，通过吸收手机中的振动能量并产生电能，微型压电发电装置1包括盒 体6，还包括位于盒体6内部的弹性伸缩元件7、微型振子9和第二压电材料8，弹性伸缩元 件7的固定端与盒体6的一侧内壁固定连接，弹性伸缩元件7的自由端与微型振子9的一 侧相连接，微型振子9的另一侧设有第二压电材料8，微型振子9通过感应震动在盒体6内 沿着弹性伸缩元件7的伸缩方向往复滑动，第二压电材料8与盒体6固定连接，第二压电材 料8在弹性伸缩元件7处于原始长度状态下与微型振子9非接触并相互邻近。参见图4，上述第一压电材料4设置于手机的按键导电薄膜10的下方。上述电力变换装置2包括变压器、整流滤波模块和DC/DC转换器，压电材料的电 能输出端与变压器的输入端电连接，用于将压电材料产生的交流电进行电压变换并输出； 变压器的输出端与整流滤波模块的输入端电连接，用于将交流电转变为直流电并输出直流 电；整流滤波模块的输出端与DC/DC转换器的输入端电连接，用于调整DC/DC转换器输出的 电压和电流；DC/DC转换器的输出端与手机充电电池3的输入端电连接，用于向手机充电电 池3输出电能。上述压电材料为压电晶体、压电陶瓷、压电聚合材料或复合压电材料。上述微型振子9为长方体、正方体或球体，微型振子9的材料为金属、合金、塑料或 硬质的复合材料。上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以 根据本发明的发明创造的目的作出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下 做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，如压电发电装置的结构可以采 用其他的构造形式，压电材料可以选择其他的具有压电效应的材料，只要是基于压电效应 发电的原理，只要采用压电材料发电对手机进行供电，都属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种利用压电材料发电为手机供电的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤①在手机内部增加至少一个压电发电装置，用于吸收作用于手机上的外力做功所产 生的能量，所述压电发电装置中以压电材料作为工作介质，通过压电效应将外力做功所产 生的能量转化成电能；②将压电发电装置产生的电能输送至一个电力变换装置中，由该电力变换装置对电 能进行调整和变换；③将经过电力转换装置调整和变换后的电能存储到手机充电电池中。
2.根据权利要求1所述的利用压电材料发电为手机供电的方法，其特征在于，所述步 骤①中的所述压电发电装置至少包括两个，其中，第一压电发电装置设置于手机的按键键 盘的下方，第一压电发电装置为感应压力型压电发电装置，其利用按压手机按键时的压力 使压电材料产生电能；第二压电发电装置设置于手机内部的其他位置处，第二压电发电装置为感应震动型的 微型压电发电装置，用于吸收手机中的振动能量并产生电能。
3.根据权利要求1或2所述的利用压电材料发电为手机供电的方法，其特征在于，所述 步骤②中的所述电力转换装置对通过所述压电发电装置产生的电能进行变换时，对手机电 池的充电电压和电流进行控制。
4.根据权利要求3所述的利用压电材料发电为手机供电的方法，其特征在于，所述电 力转换装置对电能的变换包括如下步骤a.通过变压过程，将压电发电装置产生的交流电进行电压变换；b.通过整流、滤波过程，将所述步骤a产生的交流电转变为直流电；c.通过DC/DC转换过程，将所述步骤b产生的直流电进行电压和电流变换。
5.一种实现权利要求1所述的利用压电材料发电为手机供电的方法的压电发电装置， 其特征在于，包括至少一个置于手机内部的压电发电装置，所述压电发电装置包括压电材 料和电力变换装置(2)，所述压电材料的电能输出端与所述电力变换装置(2)电连接，所述 电力变换装置(2)与手机充电电池(3)电连接。
6.根据权利要求5所述的压电发电装置，其特征在于，所述压电发电装置至少包括两 个，其中，第一压电发电装置设置于手机的按键键盘(5)的下方，所述第一压电发电装置为 感应压力型压电发电装置，包括设置于所述按键键盘(5)下方的第一压电材料(4)，利用按 压所述手机按键(5)的压力使所述第一压电材料(4)产生电能；第二压电发电装置设置于手机内部的其他位置处，所述第二压电发电装置为感应震动 型的微型压电发电装置(1 )，通过吸收手机中的振动能量并产生电能，所述微型压电发电装 置(1)包括盒体(6)，还包括位于所述盒体(6)内部的弹性伸缩元件(7)、微型振子(9)和第 二压电材料(8)，所述弹性伸缩元件(7)的固定端与所述盒体(6)的一侧内壁固定连接，所 述弹性伸缩元件(7)的自由端与微型振子(9)的一侧相连接，所述微型振子(9)的另一侧设 有所述第二压电材料(8 )，所述微型振子(9 )通过感应震动在盒体(6 )内沿着所述弹性伸缩 元件(7)的伸缩方向往复滑动，所述第二压电材料(8)与所述盒体(6)固定连接，所述第二 压电材料(8)在所述弹性伸缩元件(7)处于原始长度状态下与所述微型振子(9)非接触并 相互邻近。
7.根据权利要求6所述的压电发电装置，其特征在于，所述第一压电材料(4)设置于手机的按键导电薄膜(10)的下方。
8.根据权利要求5至7中任意一项权利要求所述的压电发电装置，其特征在于，所述电 力变换装置(2)包括变压器、整流滤波模块和DC/DC转换器，所述压电材料的电能输出端与 所述变压器的输入端电连接，用于将所述压电材料产生的交流电进行电压变换并输出；所 述变压器的输出端与所述整流滤波模块的输入端电连接，用于将交流电转变为直流电并输 出直流电；所述整流滤波模块的输出端与所述DC/DC转换器的输入端电连接，用于调整所 述DC/DC转换器输出的电压和电流；所述DC/DC转换器的输出端与所述手机充电电池(3) 的输入端电连接，用于向手机充电电池(3 )输出电能。
9.根据权利要求5至7中任意一项权利要求所述的压电发电装置，其特征在于，所述压 电材料为压电晶体、压电陶瓷、压电聚合材料或复合压电材料。
10.根据权利要求6或7所述的压电发电装置，其特征在于，所述微型振子(9)为长方 体、正方体或球体，所述弹性伸缩元件(7)为弹簧，所述微型振子(9)的材料为金属、合金、 塑料或硬质的复合材料。
全文摘要
本发明公开了一种利用压电材料发电为手机供电的方法及其压电发电装置，属于移动电子设备供电技术领域，本发明的利用压电效应发电原理为手机供电的方法是将压电发电装置置于手机内部，回收作用于手机上的外力做功所产生的能量，作为电能加以存储并供手机利用。本发明还采用专用压电发电装置，包括至少一个置于手机内部的压电发电装置、压电材料和电力变换装置，压电材料的电能输出端与电力变换装置电连接，电力变换装置与手机充电电池电连接。本发明实现了对外来能量的回收，实现了能量的充分利用，更可以免去了手机换电池的麻烦，手机电池充电对外部的电源的依赖性显著减小，这将会给人们的生活带来极大的方便。
文档编号H02J7/32GK102097853SQ201110056928
公开日2011年6月15日 申请日期2011年3月10日 优先权日2011年3月10日
发明者徐兰萍, 朱德仕, 蒋飞飞, 郑立扬 申请人:上海大学