[发明专利]一种能量采集器及以其为核心的无源无线车载充电支架

说明书

技术领域

本发明涉及一种低频复合式振动能能量采集器，具体涉及一种带有该采集器并合理布局的车载充电支架（手机或GPS导航仪）。

背景技术

随着智能手机及智能可穿戴装备等便携式智能设备的迅速普及，功能性大大增强，其整机的耗电量也随之大幅增加。由于锂离子电池的储电量并没有随着便携式智能设备的迅速发展而显著提高，智能设备的电池续航时间也在大幅下降，尤其是在持续使用其智能功能性时（如持续通话、持续导航等）。并且，锂离子电池的储电量越大，其体积也会越笨重，从而带来严重的安全隐患（如爆炸等）和使用上的不便捷（如手机体积过大等）。

微能量采集技术，是一种利用一系列耦合效应（如压电、热电、光电、电磁等等），将环境中耗散掉的废弃微能量（如人体运动、机器振动、光、热、电磁波等）回收并转化为可用电能，来供给在此环境中工作的微电子设备（如手机、GPS导航仪等），从而显著增长其电池的续航时间，并降低工程布线的成本和风险。

汽车发动机工作时的振动是一种强烈并持续的环境能量来源，若能将此机械振动有效转化为电能并回输至智能设备，那么其续航时间将会呈倍数增加，甚至有能力摆脱人们开车时持续使用导航和手机通话时设备对传统锂离子电池的依赖。虽然汽车内设有USB或车载充电接口，但是数据线的连接为使用造成了很大不便。

压电效应和电磁效应都可以有效地将动能转化为电能。具备压电效应的压电材料以其体积小、效率高、制备成本低等优势在能量采集技术中被广泛使用。而传统的磁铁加线圈结构也因输出功率高而在能量采集技术中被继续沿用。

发明内容

为了摆脱手机或GPS导航仪在车内连续通话或导航时需要连接充电线的弊端，也为了使汽车发动机工作时耗散掉的振动能能够被回收利用，本发明提供一种无源无线、绿色环保的车内微能源解决方案。

本发明的核心技术为经过合理设计、组合与布局的电磁和压电能量采集器。采集器在汽车行驶时可以有效回收发动机耗散的振动能，并转化为mW-W级可用电能。

以上述核心技术为基础，本发明还通过合理设计和改造普通车载手机或GPS导航仪支架的内部结构，为能量采集器的合理安置与高效工作提供必要的空间。

为提供上述解决方案，本发明采用的技术方案如下：

一种无源无线的车载支架。支架内部专门为采集器及其能量管理和储存电路设计了合理充足的安置和工作空间。支架包含有两个可固定端——万向连接卡槽和出风口卡，使其既可以连接普通的车载吸盘悬臂以固定在车内平滑表面（如前挡玻璃、中控台面等），又可以卡车内空调出风口。用于固定手机或GPS导航仪的卡槽可在一定范围内伸缩，使其可以适用于不同大小形状的设备。用于连接手机或GPS导航仪的接头可以更换，以适配不同厂商型号的设备。还有可伸缩USB接头或车载充电接头连接至能量储存单元，可以作为极端耗电情况时的备用电源。

支架结构部件包括手机或GPS导航仪卡槽（简称卡槽）、可连接普通吸盘式车载悬臂的多自由度（万向）结点（简称万向结点）、用于卡在车内空调出风口的弹簧卡（简称出风口卡）和用于固定手机或GPS导航仪的可伸缩卡（简称设备卡）。各部件的详细尺寸见附图及具体实施方式中的具体描述。

卡槽的背后有一个具有一定厚度的中空封闭空间，用来安放压电能量采集器和电磁能量采集器。同时，卡槽背面有一组可折叠的弹性卡子（出风口口卡），用于当卡槽的万向结点与普通车载吸盘悬臂分离后将其卡于出风口。卡槽的正面上下也各有一个可伸缩弹簧卡（设备卡），用于灵活的根据设备大小调节。其中下端的卡子上有充电接口，接头既可固定在下设备卡上，也可作为充电线伸缩，接头可更换为不同型号。卡槽的上端也有一条可伸缩线，为USB或车载充电接头输入线。

一种能量采集器，包括低频电磁能量采集器和低频压电能量采集器。两种能量采集器的谐振频率适配于汽车发动机工作时（行驶和怠速）车内的振动频率，并具备宽频特性，将车内振动有效转化为交流电并输出至管理电路。专门设计的能量管理电路和短期能量储存单元有效地将能量采集器转化的交流电转变为可用直流电并暂时储存，在需要时为手机或GSP导航仪充电。