装置4。压电电磁集成发电装置4包括固定框架5、磁性圆盘6、中心杆7、陀飞轮8和游丝9 ο游丝9的一端和两个磁性圆盘6均固定在固定框架5上;游丝9的另一端与中心杆7固定;游丝9的形状呈阿基米德螺旋线，沿阿基米德螺旋线在表面覆盖压电聚合物薄膜或压电混合复合材料(PVF2-PZT);磁性圆盘6提供的磁场强度为0.4?0.7T；中心杆7与两个磁性圆盘6均构成转动副；陀飞轮8设置在两个磁性圆盘6之间，且固定在中心杆7上；陀飞轮8的两端均设有重陀；两重陀的重量及其重力的力臂均相等。游丝9与固定框架5固定的一端以及陀飞轮8与中心杆7的固定连接处均作为压电电磁集成发电装置4的电能输出端。
[0024]如图4所示，电池管理系统2包括充电电路管理模块2-1、升压模块2-2、电路保护模块2-3和输出模块2-4;压电电磁集成发电装置4的电能输出端与储能元件3通过充电电路管理模块2-1相连;充电电路管理模块2-1将压电电磁集成发电装置4输出的电能转化成稳定电压输入到储能元件3中；充电电路管理模块采用LINEAR公司推出的一款专门面向能量收集的集成芯片LTC3588-1，内部集成了AC/DC、电荷栗以及电源管理模块，可以直接采集微小交流电压信号，持续输出10mA的电流信号，且其静态电流只需950nA。为电子产品充电时，储能元件3会输出稳定电流，通过电路保护模块2-3后，经升压模块2-2将电压升到5.0V，提供给输出模块2-4以供给充电。为了提高移动电源使用的安全性，系统设计了输出模块2-4的过流保护(电路保护模块2-3)，如果输出模块2-4的输出端口电流超过2A，升压模块2-2将不再工作，同时充电电路管理模块检测到过流之后，关断输出端口负端与地的连接，这样移动电源就不会给负载供电了。储能元件3和电路保护模块2-3均与状态指示模块2-5连接;该充电方式可以采集如人体、车辆等低频振动源的振动能。
[0025]压电电磁集成发电装置4的工作过程分为两个阶段:
[0026]第一阶段，受到外界机械运动的影响时，陀飞轮8会绕中心杆7的旋转轴摆动，在两个磁性圆盘6形成的强磁场中切割磁感线，从而产生感应电流，同时中心杆7进行自转，带动游丝9发生形变，游丝9表面的压电聚合物薄膜受到形变产生微电流。第二阶段，游丝9从形变状态恢复到初始状态的过程中，压电聚合物薄膜产生微电流，中心杆7反向转动，带动陀飞轮8切割磁感线，产生感应电流。压电电磁集成发电装置4重复以上两个工作阶段，陀飞轮8的摆动幅度与游丝9的形变量不断变小，直至稳定，其过程一直产生微电流，微电流可在陀飞轮8与中心杆7的连接处，游丝9末端进行收集。
[0027]该基于压电电磁集成发电的移动电源也可直接通过市电进行储能充电，市电通过充电电路管理模块2-1转化为适合储存的电压输入到储能元件3中。
[0028]综上，本实用新型可以同时利用压电效应和电磁效应进行能量存储，克服了现有单一电磁效应发电装置发电效率低下的问题，受昼夜变化、光照强度和温度等环境条件影响小。该基于压电电磁集成发电的移动电源不仅可以实现人们随时随地充电，而且其能源收集与转化发电原理也十分简单，只需通过用户主动摇晃、振荡或间接被动的运动(如用户携带该移动电源散步，跑步，骑车或其它日常活动)获得电能，具有良好的环境适应性和实用性。
【主权项】
1.基于压电电磁集成发电的移动电源，包括壳体及放置在壳体内的电池管理系统和储能元件，其特征在于:还包括放置在壳体内的压电电磁集成发电装置;所述的压电电磁集成发电装置包括固定框架、磁性圆盘、中心杆、陀飞轮和游丝;所述游丝的一端和两个磁性圆盘均固定在固定框架上;游丝的另一端与中心杆固定;游丝的形状呈阿基米德螺旋线，沿阿基米德螺旋线在表面覆盖压电聚合物薄膜或压电混合复合材料;所述的中心杆与两个磁性圆盘均构成转动副;所述的陀飞轮设置在两个磁性圆盘之间，且固定在中心杆上；陀飞轮的两端均设有重陀；两重陀的重量及其重力的力臂均相等;游丝与固定框架固定的一端以及陀飞轮与中心杆的固定连接处均作为压电电磁集成发电装置的电能输出端； 所述的电池管理系统包括充电电路管理模块、升压模块、电路保护模块和输出模块;所述的充电电路管理模块将压电电磁集成发电装置输出的电能转化成稳定电压输入到储能元件中；充电电路管理模块采用LINEAR公司的LTC3588-1芯片；充电状态下，储能元件输出稳定电流，通过电路保护模块后，经升压模块升压提供给输出模块;电路保护模块反馈电流给充电电路管理模块;输出模块的输出端口电流值超过k时，k取2?4A中的一个值，充电电路管理模块检测到过流，关断输出端口负端与地的连接。2.根据权利要求1所述的基于压电电磁集成发电的移动电源，其特征在于:所述磁性圆盘提供的磁场强度为0.4?0.7T。3.根据权利要求1所述的基于压电电磁集成发电的移动电源，其特征在于:储能元件和电路保护模块均通过状态指示模块指示当前状态。4.根据权利要求1所述的基于压电电磁集成发电的移动电源，其特征在于:所述的压电电磁集成发电装置替换为市电与充电电路管理模块连接，充电电路管理模块将市电转化为稳定电压输入到储能元件中。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于压电电磁集成发电的移动电源。传统移动电源需固定电源补充电能。本实用新型中游丝的一端和两个磁性圆盘均与固定框架固定；游丝的另一端与中心杆固定；游丝表面覆盖压电聚合物薄膜；陀飞轮固定在中心杆上；游丝与固定框架固定的一端以及陀飞轮与中心杆的固定连接处作为压电电磁集成发电装置的电能输出端。充电电路管理模块将压电电磁集成发电装置输出的电能转化成稳定电压输入到储能元件中；充电状态下，储能元件输出稳定电流，通过电路保护模块后，经升压模块升压提供给输出模块；电路保护模块反馈电流给充电电路管理模块。本实用新型将压电电磁集成发电运用到移动电源，通过走路、运动、摇晃等就能对其充电。
【IPC分类】H02J7/02, H02N2/18, H02J7/00
【公开号】CN205283428
【申请号】CN201521061103
【发明人】毛伟锋, 石伟, 王林康, 王安睿, 王文
【申请人】杭州电子科技大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年12月17日