平台能量收集的制作方法

本申请是申请号为201010623233.9、申请日为2010年12月24日、发明名称为“平台能量收集”的发明专利申请的分案申请。

一般来说，本发明涉及电源，具体来说，涉及用于便携计算平台的能量收集方式。

背景技术：

例如笔记本计算机、上网本计算机、智能电话和其它便携设备的现有移动平台通常受到较大振动。

技术实现要素：

本申请提供一种设备，包括：

计算平台，具有一个或更多能量收集装置，以响应所述平台的一个或更多质量源的运动而生成电荷。

附图说明

通过附图、作为举例而不是限制来说明本发明的实施例，附图中，相似的参考标号表示相似的元件。

图1示出根据一些实施例的配置有振动能量收集结构的计算平台的顶视图。

图2是根据一些实施例的电磁实现的截面图。

图3a-3c示出与计算平台配合使用的不同压电能量收集(peh)实施例。

图4是根据一些实施例的包括动能收集的计算平台的框图。

图5示出根据一些实施例、适合与图4的平台配合使用的示范动能收集模块。

具体实施方式

例如笔记本计算机、上网本计算机、智能电话和其它便携设备的现有移动平台通常受到较大振动。本文提供的是使用主板和/或已经在平台中的其它质量作为用于使用标准平台环境通常固有的振动能量来生成电力的动能质量源的方式。主板以及例如电池子系统等其它系统组件通常具有充分质量来用作有效振动质量(质量源)，用于提供待转换成电力的机械能。

在一些实施例中，平台壳体中的质量源能相对平台机壳振动，并且能使用例如电磁或压电结构来转换这种相对运动的动能。在一些实施例中，主板的振动可能不会构成可靠性问题，因为能量生成结构也可用作减震机构。

图1示出根据一些实施例的配置有振动能量收集结构的计算平台的顶视图。这里所示的是平台主板102、弹性垫104(例如，用于提供适当减震的柔顺垫(compliantcushion))、能量收集装置106(又称作动力源“kps”)和平台机壳。主板通常已经安装有便携计算平台的如果不是大多也是许多电气组件，但是电池模块和显示器可构成没有安装到主板的相当大的质量。应当理解，术语“主板”用于暗指计算平台中相对较平的结构，其已经安装一个或更多电子模块，并且具有充分质量来生成包括如本文所教导的振动力的动力。还应当理解，虽然平台主板完全可用作质量源，但是其它平台结构单独或者与主板协作也可以足够。例如，电池模块和/或显示器（例如，蛤壳式铰接显示器在闭合时）可单独或者与其它平台质量协作使用，可用作质量源。

主板(或者具有充分质量的一个或更多其它平台结构)能用作一个或更多质量源。图1中，使用主板本身。主板相对于机壳针对能量收集装置106横向(在x-y平面)振动，从而使它们生成电荷。能量收集装置106可采用能将运动转换成电荷的任何适合装置来实现。本文提供的这类装置包括但不限于电磁和压电结构。

图2是根据一些实施例的电磁实现的截面图。所示电磁装置204包括线圈，线圈包含铜线匝207和芯206，例如磁材料芯。在这个图中，示出线圈的截面。它定位成接收由相对线圈定位的一个或更多永磁体210产生的磁场，使得当主板102横向移动时，线圈受到变化磁场的影响，这生成电荷。在这个图中，主板向页面的左右和里外(在x-y方向的任一个和/或它们的组合来回)移动。

emeh(电磁能量收集)装置204具有耐磨涂层208，以使在这个实施例中在主板顶部的线圈结构在永磁体210结构中移动而没有过度磨损。可使用任何适合的材料。此外，任何适合的机制能用于安装主板，使得它能进行振动而没有引起对emeh装置、对平台壳体以及对主板及其组成组件(例如，安装的芯片203)的过度损坏。

未示出但还包含的是电气结构，例如连接、导体等，以将emeh204生成的电荷耦合到电荷收集装置，例如耦合到下面所述的平台电源模块。

应当理解，虽然示出安装在主板顶部的线圈，但是可采用任何适合的电磁装置。可使用具有适当设置的线圈的不同磁配置。可使用许多小线圈或若干较大线圈。可能有利的是，采用线圈芯以更有效地将磁通量引到有关线圈表面，但根据特定设计事宜，可使用其它构造。

图3a-3c示出与计算平台配合使用的不同压电能量收集(peh)实施例。压电性是一些材料(特别是晶体和某些陶瓷)响应所施加的机械应力而生成电场或电位的能力。效果与材料容积中的极化密度的变化密切相关。如果材料没有短路，则所施加的应力在材料上感应电压。适合本文所述的能量收集装置的三种类型的可能有用的压电装置包括单片压电陶瓷材料(例如，锆钛酸铅)、双压电晶片快速包装致动器(bimorphquickpackactuator)和宏纤维复合材料。通过其他人的实验，已经估计，这些装置对于电荷产生能是有效的。(参见sodano等人，“再充电电池的压电能量收集装置的比较”，la-ur-04-5720，journalofintelligentmaterialsystemsandstructures，16(10)，799-807，2005)。

图3a示出peh装置的截面图，其中压电梁302安装到主板102的表面。图3b示出该设备的顶视图。当主板102相对来自机壳108的接触构件304振动时，压电梁弯曲并且产生电荷，它经由导体和触点(未示出)传送给存储装置。在这个实现中，装置使用主板的振动频率使梁相对机壳108/接触表面304的边缘移动。

这种方式的一个偏离(deviation)如图3c所示。在这里，尖叉303结合到机壳接触边缘中。它们允许施加到梁上的转矩按照设计考虑因素来改变。在一些实施例中，它们可用于提高能量转换效率。

通过实验模拟，已经估计，合理量的电力可采用本文教导的装置来收集。所生成的电力可以是：

其中，m是源质量，χo是每个振动周期的平均振动位移，以及ωo是eh装置的运动部分的共振频率。假定如具有电子器件和电池组的主板的典型平台源质量的质量为80g。还假定质量可移动最大5mm。可估计对于行走和摇晃而生成的电力。对于行走，假定0.3g的加速度和1.8hz的频率。利用这些值，可生成230μw的估计量。对于摇晃，通过1.3g的加速度和3hz的频率，可得到大约1064μw的估计电力。当然，这些是很粗略的估计，极大地取决于具体机械实现和所使用的eh装置类型。

图4是可顺应本文教导的动能收集(keh)的计算平台的框图。这个图中所示的是平台400，包括耗电功能性405以及向其提供电力的平台电源401。平台电源401向其提供电源电压(voltagesupply)(vs)，并且经由链路403与功能电路进行通信。平台电源401具有主电源402和动能收集(keh)源404。

平台可以是任何便携电子装置，例如笔记本计算机、上网本计算机、智能电话或者任何其它便携电子设备。平台功能性405对应于各种功能模块，例如主处理器芯片或soc的主板、显示器等。主电源块402对应于电池模块，电池模块包括任何电池充电电路和/或平台电源管理电路，用于控制提供给平台功能性405的电力以及主电源块402中的电池的充电。例如，它可具有控制来自“插接(pluggedin)”外部适配器的、待提供给平台以及给平台供其实时电力需要的电力的电路。它还可具有控制从keh模块404到主电源块402的一个或更多电池中的能量传递的电路。

keh404耦合到主电源块402，以在正积聚电荷时实时地或者备选地在足够电荷已经积聚在keh模块中供有效传递到主电源模块402中的不同时间向其提供电荷。keh可包括动力源装置(例如，如本文所述的电磁或压电装置)以及在一些情况下的如电容器和/或蓄电池组电池的能量存储装置的任何组合。

图5示出根据一些实施例的示范keh模块404。它包括如图所示耦合的动力源(kps)501、整流器503、电容器c和电池b。整流器可使用例如二极管的任何适合的组件、采用例如半波或全波整流器的任何适合的整流器来实现。可需要例如具有最小正向偏压降的二极管的装置。在操作中，电荷将通过整流器流入电容器，以对它充电。在电容器中达到充分电压时，根据电池的最小充电电压，它对电池进行充电。就眼前来说，电容器充当有效积聚kps501生成的电荷的缓冲器，而电池用作较大的更稳定的电荷存储库(例如，电容器可以更可能随时间泄漏电荷)。应当理解，可使用仅单独使用一个或更多电容器或电池的实施例。一些电容器完全可适合存储较大量的电荷，同时，一些电池对于收集由kps生成的少量电荷可能是有效的。按照如此方法，keh404中的电池(b)可以是与主电源模块402中使用的相同电池或电池类型，或者可使用不同类型的电池。

在前面的描述中，提出了许多具体细节。但是要理解，即使没有这些具体细节也可实施本发明的实施例。在其它情况下，可能没有详细示出众所周知的电路、结构和技术，以免影响对本描述的理解。记住这个方面，对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”、“各种实施例”等的提法表示这样描述的本发明的实施例可包括具体特征、结构或特性，但是并不一定每一个实施例都包括所述具体特征、结构或特性。此外，一些实施例可具有一些、全部或者没有对于其它实施例所述的特征。

在前面的描述以及下面的权利要求书中，下列术语应当作如下理解：可使用术语“耦合”和“连接”及其派生词。应当理解，这些术语不是要作为彼此的同义词。更确切地说，在具体实施例中，“连接”是用于指示两个或更多元件相互直接物理或电接触。“耦合”用于指示两个或更多元件相互配合或交互，但它们可以有或者可以没有直接物理或电接触。

本发明并不局限于所述实施例，而是可在所附权利要求书的精神和范围之内，通过修改和变更来实施。例如，应当理解，本发明适合于与所有类型的半导体集成电路(“ic”)芯片配合使用。这些ic芯片的实例包括但不限于处理器、控制器、芯片组部件、可编程逻辑阵列(pla)、存储器芯片、网络芯片及诸如此类。

还应当理解，在一些附图中，信号导体线采用线条来表示。一些可以更粗以指示更多的组成信号通路，一些具有编号标签以指示组成信号通路的编号，和/或一些在一端或多端具有箭头以指示主要信息流动方向。但是，这不应当被理解为进行限制。更确切地说，这种增加的细节可与一个或更多示范实施例结合用于促进更易于理解电路。无论是否具有附加信息的任何所表示的信号线可实际包括可在多个方向传播的一个或更多信号，并且可采用任何适合类型的信号方案来实现，例如采用差分对所实现的数字或模拟线、光纤线和/或单端线。

应当理解，可能给出了示例大小/模型/值/范围，但是本发明并不局限于此。随着制造技术(例如，光刻)随时间而成熟，预计可制造更小尺寸的装置。另外，为了说明和论述的简洁性并且为了不影响对本发明的理解，在附图中可以或者可以没有示出到ic芯片和其它组件的众所周知的电力/接地连接。此外，布置可采取框图形式示出，以免影响对本发明的理解，并且还考虑到以下事实：关于这类框图布置的实现的具体细节在很大程度上取决于要在其中实现本发明的平台，也就是说，这类具体细节应当完全处于本领域的技术人员的能力范围之内。虽然阐述了具体详细情况(例如，电路)以便描述本发明的示例实施例，但本领域的技术人员应当非常清楚，没有这些具体详细情况或者采用其变更形式也能实施本发明。因此，本描述被看作是说明性而不是限制性的。