一种可供手机充电的自充电手机壳的制作方法

本发明属于电子充电设备领域，具体涉及一种可供手机充电的新型自充电手机壳。

背景技术：

现代社会中，手机已成为人们日常生活中不可或缺的随身携带品。手机充电技术从最初的有线充电到后来的快充，再到现在的无线充电技术，可以说为了使用的方便，已经做出了巨大的技术进步，但这两种普遍应用的充电方式仍然受到空间和时间的限制，需要连接电源，因此充电地点相对固定。因为手机一般都随身携带，而人们每天的行走、跑步等都会产生带来振动，我们的想法是将振动这部分的能量利用起来，用于手机充电。如今，压电材料作为一种新型材料，能将机械能转化为电能，这种独特的性能受到研究者青睐，所以其发展如火如荼，各种高效能的压电材料被制造出来。

专利公开号cn102195329a提出了一种不需任何外接电源的手机自充电装置，其通过谐振电路、合流电路、充电电路将无线电波所具有的能量转换成电流，供于手机充电。该装置可以说实现了摆脱充电插座的困扰，达到了随时随地充电的目的，但利用无线电波的能量相对麻烦，且能量利用率不高。

专利公开号cn201667550u提出了一种手机自充电太阳能装置，通过将手机后盖改成太阳能电池片，来实现利用太阳能给手机充电的目的。此装置可以说也达到了手机自充电的目的，但受到天气、地点条件的限制较大，在阴天或室内该装置就失去了效果，同时，这种设计思路会改变手机原有的构造，对手机的外观、安全等都造成了一定的不利影响。

技术实现要素：

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种可供手机充电的自充电手机壳，利用压电片的性质将日常的行走、跑动产生的振动能量转化为用于手机充电的电能。

本发明的技术方案是：一种可供手机充电的自充电手机壳，包括手机壳本体，其特征在于：还包括能量收集模块、整流电路模块、能量储存模块和能量输出接口模块；所述手机壳本体的背板为中空的盒体结构，所述能量收集模块安装于所述手机壳本体的背板内，所述整流电路模块、能量储存模块安装于所述背板外侧，所述能量输出接口模块固定于所述手机壳本体外侧，用于连接手机的充电接口；

所述能量收集模块包括压电片、梁基和载荷块；所述梁基为平板结构，其两端固定于所述背板内的两个相对侧壁上，所述载荷块固定于梁基的中间位置，能够增强所述梁基因震动产生的变形；多个所述压电片通过导电胶固定于梁基的上下表面，利用所述梁基的震动产生电压；

所述能量储存模块包括调整器，用于储存所述能量收集模块产生的电压；所述整流电路模块为ac/dc变换电路，用于将所述压电片震动产生的交流电压转换成直流电压；

所述能量收集模块、整流电路模块、能量储存模块和能量输出接口模块依次通过导线连接。

本发明的进一步技术方案是：所述压电片为矩形片状的压电陶瓷，具有d31模式。

本发明的进一步技术方案是：所述梁基与所述背板的上背板内表面、下背板内表面的距离均为0.5mm-2mm。

本发明的进一步技术方案是：所述能量输出接口模块为microusb接口、usbtypec接口或ios系统手机的lightning接口。

本发明的进一步技术方案是：所述手机壳本体的背板外侧安装有拉环，所述整流电路模块、能量储存模块设置于所述拉环与背板的连接处。

有益效果

本发明的有益效果在于：本发明的手机壳能够将人们日常行走和跑动产生的振动能量收集利用起来，能量收集部分的梁基就会在振动条件下发生弯曲变形，因为振动方向是上下交替的(如图5中的方向7)，具有一定周期性，所以压电片会产生交流的电压，交流信号的电压传入整流电路，进行交流/直流的转变，转变后的直流电压传入能量储存部分，将电能储存起来，这样我们就能在任意时刻和地点，通过能量输出接口对手机进行充电。同时可以采取多个压电片串并联的方式，提高产生的电压或电流。

通过压电材料转化为能直接用于手机充电的电能，相比于现有的有线和无线充电方式，该方式能摆脱需要连接充电插座的限制，真正实现随时随地充电，从而减少手机的每日充电次数甚至达到不需要再额外充电的效果，给人们的日常生活带来较大的方便；同时，对于出门在外急需用手机，但手机又没电也没地方充电的人们来说，可以简单的摇晃手机而达到充电的目的，从而解决燃眉之急。本发明具有便于携带、结构简单、厚度薄和无污染等特点。

本发明各的组件采用模块化设计，通过导线即可实现各模块之间的连接，组装、维修、更换都很方便，适合于批量生产。

附图说明

图1为本发明的工作原理图；

图2为悬臂梁式能量收集结构示意图；

图3为本发明手机壳的整体示意简图；

图4为本发明手机壳各部分的拆分图；

图5为本发明能量收集部分a-a剖视图；

图6为本发明能量收集部分b-b剖视图；

图7为本发明整流电路部分的示意图；

图8为本发明能量储存部分的示意图；

附图标记说明：1.手机壳本体、2.能量收集模块、3.整流电路模块、4.能量储存模块、5.能量输出接口模块、6.载荷块、7.梁基的振动方向、8.压电片、9.导电胶、10.梁基、11.调整器、12.背板、13.上背板、14.下背板、15.拉环。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的基本原理：本发明的基本原理是压电材料能将机械能转化为电能，采用的能量收集模块基于悬臂梁结构，选取的压电材料是d31模式的压电片，当悬臂梁发生振动弯曲变形时，压电片轴向就会产生拉压应力，进而产生电能。悬臂梁式能量收集结构如图2所示。

基本结构：如图3和4所示，本发明一种可供手机充电的自充电手机壳包括手机壳本体1、能量收集模块2、整流电路模块3、能量储存模块4、能量输出接口模块5和拉环15，手机壳本体1的背板12为中空的盒体结构，能量收集模块2安装于手机壳本体1的背板12内，所述拉环15安装于手机壳本体1的背板12外侧，整流电路模块3、能量储存模块4安装于拉环15与背板12的连接处；能量输出接口模块5固定于手机壳本体1外侧，用于连接手机的充电接口；本发明的工作原理图参照图1。

各模块组件结构：

(1)能量收集模块2：该模块为图4中的数字2，其示意图如图5和图6所示，图5为剖视图a-a，为了清楚地展示，只展示了部分剖面，并对适当部位进行了放大；图6为剖视图b-b，同样的，为了清楚地展示，只展示了部分剖面，并对适当部位进行了放大。图5中，细实线为手机壳的边框，斜线填充的阴影部分为断面，由两条水平加粗实线夹在中间的竖线填充部分代表梁基10，它的作用是产生振动弯曲变形和附着压电片8；梁基中间的点状填充矩形代表载荷块6，载荷块6作用是让梁基10更容易振动起来，并发生更大的变形；附着于梁基10表面的加粗直线代表压电片8，本实施例选用的形状为片状；梁基的振动方向7垂直于梁基10的上表面，当行走或跑动时，梁基10最容易发生的行为就是沿7方向的振动。图6中，细实线为手机壳本体1的边框，斜线填充的阴影部分为断面，竖线填充部分代表梁基10，黑色矩形代表压电片8。

(2)整流电路模块：该模块为图4中的数字3，为ac/dc电路，其示意图如图7所示，位于拉环15与手机壳本体1的连接部分内。主要作用是将压电材料振动产生的交流电压转换为直流电压，因为一般的手机都需要直流电充能。

(3)能量储存模块：该模块为图4中的数字4，其示意图8所示，电路中包括调整器11，能量储存模块4也位于拉环15与手机壳本体1的连接部分内。主要作用是将产生的电能储存起来，达到手机的充电电压后以直流电的形式释放出来，供手机充电。

(4)能量输出接口模块：该模块如图4中的数字5，主要作用是连接手机的充电接口，将储存的电能输出给手机。

具体实例：

手机壳本体1外部框架：这部分主要起到保护内部结构和手机的作用，并提供给能量收集装置等以空间，该部分可以采用常用的硅胶等材料，手机壳本体1的背板12为中空的盒体结构，两端要留上足够的厚度，用来固定能量收集模块2中的梁基，如图5所示。

能量收集模块：该模块如图5、图6所示。压电片可选取较常用的压电陶瓷，该材料要具有d31模式，通过粘合剂附着于梁基10之上；梁基10的选取要恰当，刚度既不能很大也不能很小，以保证教容易产生变形却又不至于变形非常大(如软塑料)，梁基10固定于手机壳本体1的背板12之中，与手机壳上下底面之间的间隙可根据实际需要设置为0.5mm-2mm，间隙越大，理论上产生的电量越多，前人研究了压电陶瓷轮胎发电机^[1]，实验得到单片压电陶瓷振子(40mm×15mm)在15hz固定形变的激励下，峰值电压达5v以上，另外，长度、宽度、厚度均会对电压值产生影响，所以本发明的设计中，通过串并联一定数量的、不同长宽厚的压电片8，能够提高产生的电压或电流，达到手机额定充电电压(一般为5v)的电能；梁基10中间的载荷块的重量要适中，可采用铜块，辅助梁基10产生变形，要保证嵌于梁基10的正中间。

整流电路模块和能量储存模块可位于拉环15与手机壳底部的连接部分之中，其通过导线和能量收集部分相连，传来的交流电压通过整流电路转换为直流电，转换后的直流电再通过导线传入能量储存装置之中，这两部分的设计要尽可能采取效率较高的电路，以减少电能的损失。

能量输出接口模块：该模块固定在手机壳上，通过导线与能量储存装置相连，其可设计成主流的microusb接口、usbtypec接口以及ios系统手机的lightning接口，以满足不同的需求。

能量收集模块2、能量储存模块3、整流电路模块4和能量输出接口模块5依次通过导线连接，各模块的导线嵌入手机壳里，可增加外观的简洁性。

关于手机壳厚度：现有的压电片厚度不到1毫米，所以手机壳厚度可以制造成较薄的形式，不用担心会使手机变得过分臃肿。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

[1]廖海洋,钟正青.压电陶瓷轮胎发电机的设计(英文)[j].光学精密工程,2009,17(6):1327-1332.