本發(fā)明總體上涉及電池充電器，更具體而言，涉及產(chǎn)生電荷的電池充電器，該電池充電器恢復(fù)例如智能電話(huà)等便攜式電子設(shè)備的電池的能量。
背景技術(shù)：
：：所有的便攜式電子設(shè)備，例如智能電話(huà)等都依賴(lài)于蓄電池提供工作功率。由于便攜式電子設(shè)備的物理尺度和重量必須限于許可可接受的便攜性，所以電池容量同樣受到嚴(yán)重限制。因此，需要用于提供改進(jìn)的電池容量的改進(jìn)的系統(tǒng)和方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：提高便攜式電子設(shè)備，例如智能電話(huà)中的電池容量是有利的。還希望啟用機(jī)械到電的轉(zhuǎn)換方案，這會(huì)將運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電能，之后電能被轉(zhuǎn)移到便攜式電子設(shè)備的電池。為了更好地解決這些關(guān)注中的一個(gè)或多個(gè)，公開(kāi)了一種用于便攜式電子設(shè)備的電池充電器和使用所述電池充電器的便攜式電子設(shè)備。在電池充電器的一個(gè)實(shí)施例中，外殼形成便攜式電子設(shè)備的外部殼體的一部分。電容器可以是超級(jí)電容器，位于外殼之內(nèi)，且一對(duì)電容器的每個(gè)都包括其上具有接觸段的相對(duì)的間隔板。輸出功率增大的電阻流體保持在之內(nèi)并部分填充接觸段劃界的包封腔室。響應(yīng)于所述便攜式電子設(shè)備的運(yùn)動(dòng)，輸出功率增大的電阻流體和接觸段之間誘發(fā)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)改變所述包封腔室之內(nèi)的流體-接觸段的接觸，由此使得所述一對(duì)電容器之間的電容反向交替，并且通過(guò)摩擦生電方式產(chǎn)生電荷。耦合到相對(duì)分隔板的電子電路被配置成向與便攜式電子設(shè)備相關(guān)聯(lián)的電池轉(zhuǎn)移電荷。在另一方面中，便攜式電子設(shè)備包括外殼、安裝到其上的交互式顯示接口和容納于外殼之內(nèi)的電池。上述電池充電器位于外部殼體之內(nèi)。便攜式電子設(shè)備的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致輸出功率增大的電阻流體相對(duì)于一對(duì)電容器發(fā)生物理位移，由此利用摩擦生電，生成電荷，電荷儲(chǔ)存于連接到電池的電蓄能器中。本發(fā)明的這些和其他方面將從下文描述的實(shí)施例變得顯而易見(jiàn)并參考其加以闡述。附圖說(shuō)明為了更完整地理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在連同附圖一起參考本發(fā)明的具體實(shí)施方式，在附圖中，不同圖中對(duì)應(yīng)的數(shù)字指示對(duì)應(yīng)的部分，其中：圖1A是采用根據(jù)本文給出的教導(dǎo)的電池充電器的便攜式電子設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的前透視圖；圖1B是采用圖1A中繪示的電池充電器的便攜式電子設(shè)備的側(cè)面正視圖；圖2是圖1A中繪示的電池充電器的一個(gè)實(shí)施例的示意性透視圖；圖3是形成圖2的電池充電器的一部分的靜電能量發(fā)生器的一個(gè)實(shí)施例的更詳細(xì)截面?zhèn)纫晥D；圖4是形成電池充電器一部分的靜電能量發(fā)生器另一個(gè)實(shí)施例的截面?zhèn)纫晥D；以及圖5是繪示電能產(chǎn)生過(guò)程的一個(gè)實(shí)施例的過(guò)程狀態(tài)圖。具體實(shí)施方式盡管下文詳細(xì)論述了本發(fā)明各實(shí)施例的制造和使用，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明提供了很多適用的發(fā)明構(gòu)思，它們可以在各種具體語(yǔ)境中被體現(xiàn)。本文論述的具體實(shí)施例僅僅例示制造和使用本發(fā)明的具體方式，并不限定本發(fā)明的范圍。首先參考圖1A和1B，繪示了電池充電器的一個(gè)實(shí)施例，其被示意性例示和指定為10。電池充電器10產(chǎn)生電荷，電荷恢復(fù)具有電池14的便攜式電子設(shè)備，例如智能電話(huà)12的能量。智能電話(huà)12還包括外部殼體16、交互式顯示器界面18和用戶(hù)按鈕20。如圖所示，電池充電器(10)形成外部殼體16的一部分，并且在一個(gè)實(shí)施例中，可以與其集成或集成于其中。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，盡管示出了智能電話(huà)，但便攜式電子設(shè)備可以是例如智能手表、平板計(jì)算機(jī)或蜂窩電話(huà)。現(xiàn)在參考圖2，繪示了電池充電器10的一個(gè)實(shí)施例。外殼30形成便攜式電子設(shè)備12的外部殼體16的一部分，液體摩擦生電發(fā)生器32包括多個(gè)靜電能量發(fā)生器，例如，耦接到電路(未示出)并且由物理分隔體44、46、48、50分隔的靜電能量發(fā)生器34、36、38、40、42。如下文更詳細(xì)所述，靜電能量發(fā)生器34、36、38、40、42中利用的電容器可以是超級(jí)電容器或可變電容器。液體摩擦生電發(fā)生器32在產(chǎn)生電荷時(shí)利用了摩擦生電效應(yīng)，電荷可以對(duì)例如與便攜式電子設(shè)備12相關(guān)聯(lián)的電池14充電。已知摩擦生電效應(yīng)是兩種接觸材料之間電荷的轉(zhuǎn)移，兩種材料將變得帶相反符號(hào)的電荷。盡管摩擦生電效應(yīng)已經(jīng)被人們知道了很多個(gè)世紀(jì)，但其基本機(jī)制仍然在研究中。僅在近年來(lái)才將其應(yīng)用于能量采集，以制造摩擦生電發(fā)生器，將小尺度的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，為簡(jiǎn)單而低成本的綠色能源技術(shù)鋪平了道路。不過(guò)，人們提出的大多數(shù)摩擦生電發(fā)生器由于對(duì)腔體積恒定變化和/或滑動(dòng)表面利用的必要要求而在效率方面受到限制。而且這些僅在干燥條件下工作才最好。不過(guò)，已知在液體流經(jīng)絕緣體時(shí)存在摩擦生電。例如，在水流經(jīng)一米長(zhǎng)一毫米直徑的橡皮管時(shí)觀測(cè)到0.3V的電壓變化，在從涂布有特氟隆的移液管尖端配給的每個(gè)小水滴上測(cè)量到超過(guò)5μC/m2的表面電荷密度。本電池充電器10可以包括液體摩擦生電發(fā)生器的設(shè)計(jì)，包括填充液體的電容器或超級(jí)電容器，作為能夠提高發(fā)電效率的關(guān)鍵元件。所提出的方法基于電荷Q和電壓V與電容C之間的關(guān)系：Q＝CV[方程(1)]因此，產(chǎn)生的電流I(即摩擦生電電荷的時(shí)間導(dǎo)數(shù))看起來(lái)與電容及其隨時(shí)間的變化成正比：其中d/dt和對(duì)應(yīng)地代表隨時(shí)間的總導(dǎo)數(shù)和偏導(dǎo)數(shù)。利用未充分填滿(mǎn)液體且被分隔成超過(guò)一個(gè)個(gè)體接觸段的超級(jí)電容器，腔或一系列包封腔室內(nèi)部液體的流動(dòng)導(dǎo)致產(chǎn)生摩擦生電電荷。因此，方程(2)中的第一項(xiàng)是由于摩擦生電產(chǎn)生的電荷造成的相對(duì)電極間電勢(shì)的變化，而第二項(xiàng)是由于液體流動(dòng)，超級(jí)電容器各段中電容的局部變化，造成的電容變化。從方程(2)可以看出，利用這樣有摩擦生電效應(yīng)的超級(jí)電容器，能夠?qū)⒛Σ辽姰a(chǎn)生的效率提高超級(jí)電容器電容與常規(guī)摩擦生電發(fā)生器電容之比的倍數(shù)，這個(gè)倍數(shù)可以是很多的數(shù)量級(jí)。已知超級(jí)電容器的特征是極高的電容，高達(dá)幾千法拉。具有摩擦生電功能的填充液體的電容器或超級(jí)電容器可以以?xún)?nèi)容積(腔)為特征，內(nèi)容積僅部分填充液體，從而使得液體能夠在腔內(nèi)部運(yùn)動(dòng)。具有摩擦生電功能的超級(jí)電容器還以?xún)蓚€(gè)或更多個(gè)體接觸段為特征，使得電荷能夠流出，電荷是通過(guò)腔內(nèi)部液體的運(yùn)動(dòng)而摩擦生電產(chǎn)生的?，F(xiàn)在參考圖3，圖3更詳細(xì)地描述了靜電能量發(fā)生器34的一個(gè)實(shí)施例。如上所述，外殼30形成便攜式電子設(shè)備12的外部殼體16的一部分。該外殼30包括包封的腔室60。一對(duì)可變電容器62、64可以是超級(jí)電容器或可變電容器，位于外殼30之內(nèi)，該對(duì)電容器62、64的每個(gè)都包括相對(duì)的間隔板66、68、70、72，它們充當(dāng)電極，其上具有相應(yīng)的接觸段74、76、78、80。如圖所示，在一個(gè)實(shí)施例中，接觸段74、76、78、80形成包封腔室60的至少一部分。在包封的腔室60之內(nèi)保持輸出功率增大的電阻流體82，該輸出功率增大的電阻流體82部分填充包封的腔室60，使得流體運(yùn)動(dòng)改變包封腔室之內(nèi)流體-接觸段之間的接觸。如下文更詳細(xì)所述，響應(yīng)于便攜式電子設(shè)備12的運(yùn)動(dòng)，輸出功率增大的電阻流體82和接觸段74、76、78、80之間的誘發(fā)相對(duì)運(yùn)動(dòng)改變包封腔室60之內(nèi)的流體-接觸段的接觸，由此使得該對(duì)電容器62、64之間的電容反向交替，并以摩擦生電方式產(chǎn)生電荷。電子電路84耦合到一對(duì)可變電容器的相對(duì)的間隔的板66、68、70、72。在一個(gè)實(shí)施例中，電子電路84可以包括二極管電橋86、88和電蓄能器90。電子電路84可以被配置成向與便攜式電子設(shè)備12相關(guān)聯(lián)的電池14傳輸電荷。在一種事件中，電蓄能器90可以至少部分地與電池14集成?，F(xiàn)在參考圖4，圖4繪示了靜電能量發(fā)生器34的另一個(gè)實(shí)施例。在這一實(shí)施例中，極板66、68、70、72以駐極體材料100為特征。駐極體是一種具有準(zhǔn)永久電荷或偶極極化的電介質(zhì)，因此產(chǎn)生內(nèi)外電場(chǎng)。因此，利用駐極體材料便于在液體-板界面上產(chǎn)生電氣雙層(這對(duì)于超級(jí)電容器的高電容是關(guān)鍵性的)，而無(wú)需向有摩擦生電功能的電容器的極板施加電壓。此外，如圖所示，包封的腔室60可以包括插入在相對(duì)的間隔的板66、68、70、72之間的接觸段74、76、78、80內(nèi)的電介質(zhì)材料102、104?，F(xiàn)在參考圖5，示出了繪示電能產(chǎn)生過(guò)程的一個(gè)實(shí)施例的過(guò)程狀態(tài)圖。通常，在流體流入周期中，輸出功率增大的電阻流體82的運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)在接近相對(duì)的間隔板66、68附近，使得流體82物理地占據(jù)包封的腔室60。流體82流入周期導(dǎo)致以摩擦生電方式產(chǎn)生符號(hào)相反的靜電電荷，并接近相對(duì)分隔板66、68分布。在相對(duì)的間隔板68、70之間創(chuàng)建了臨時(shí)電路，由此產(chǎn)生電壓/電流峰值。之后，在流體流出周期中，輸出功率增大的電路流體82的運(yùn)動(dòng)從相對(duì)的間隔板66、68移開(kāi)，并對(duì)包封的腔室60的該部分物理地抽真空，發(fā)生靜電電荷的中和。電子流向電子電路84，直到相對(duì)的間隔板66、68之間達(dá)到平衡。更具體而言，在狀態(tài)(a)(可以是具有摩擦生電功能的填充液體的電容器或超級(jí)電容器的初始狀態(tài))，未充分填充輸出功率增大的電阻流體82的包封腔室60包括一對(duì)電容器62、64，每個(gè)都包括其上具有接觸段的相對(duì)的間隔板66、68、70、72。出于例示的目的，相對(duì)于圖5應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，針對(duì)接近間隔板66、68的接觸段74、76描述了摩擦生電產(chǎn)生的過(guò)程。應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，類(lèi)似描述和過(guò)程也適用于接近間隔板70、72的接觸段78、80。在狀態(tài)(b)，相對(duì)于流體流入周期，隨著流體82在包封腔室60內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，以摩擦生電方式產(chǎn)生符號(hào)相反的靜電電荷并在由相對(duì)的間隔板66、68代表的超級(jí)電容器段的極板66、68的兩個(gè)內(nèi)表面上分布。在狀態(tài)(c)，經(jīng)由摩擦生電效應(yīng)為與間隔的極板66、68相關(guān)聯(lián)的中性金屬電極充電。在狀態(tài)(d)，繼續(xù)流體流入周期，電子流經(jīng)電路84，產(chǎn)生電壓/電流峰值。在狀態(tài)(e)，在超級(jí)電容器段中形成暫時(shí)的電勢(shì)平衡。流體流出周期開(kāi)始，在狀態(tài)(f)，在狀態(tài)(g)中電子經(jīng)由電路84流回之前，在流體流出過(guò)程期間，內(nèi)表面上的大部分靜電電荷被中和，直到在與極板66、68相關(guān)聯(lián)的兩個(gè)金屬電極之間形成電勢(shì)平衡。這使得電流從摩擦生電發(fā)生器單向流出到電路84，包括要充電的電蓄能器90和/或電池14。在另一實(shí)施例中，電池充電器10可以是用于便攜式電子設(shè)備的運(yùn)動(dòng)激活的充電器，包括界定包封腔室的外殼。外殼之內(nèi)的可移動(dòng)元件與外殼共同合作以產(chǎn)生電荷。電池充電器10的本實(shí)施例包括被配置成向蓄電池轉(zhuǎn)移所產(chǎn)生電荷的電路。在另一實(shí)施例中，公開(kāi)了一種用于便攜式電子設(shè)備電池的充電系統(tǒng)，包括界定包封腔室的外殼和外殼之內(nèi)容納的變換器，變換器將用戶(hù)的體熱轉(zhuǎn)換成電能。電池充電器10的本實(shí)施例還包括被配置成向蓄電池轉(zhuǎn)移所產(chǎn)生電荷的電路。在2014年4月3日以L(fǎng)asloOlah的名義提交的題為“BatteryChargerforPortableElectronicDevices”的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.61/995159中進(jìn)一步論述了這些實(shí)施例；在此出于所有目的通過(guò)引用將其全文并入本文。除非另作說(shuō)明，本文例示和描述的方法和數(shù)據(jù)流的執(zhí)行或進(jìn)行次序并非必要。亦即，除非另作說(shuō)明，可以按照任何次序執(zhí)行方法和數(shù)據(jù)流的要素，并且方法可以包括比本文公開(kāi)那些更多或更少的要素。例如，想到過(guò)在另一要素之前、與之同時(shí)或在其后執(zhí)行或進(jìn)行特定要素，這些全部是可能的執(zhí)行序列。盡管已經(jīng)參考示范性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但是不應(yīng)將這一說(shuō)明推斷為具有限制意義。在參考說(shuō)明書(shū)之后，例示性實(shí)施例以及本發(fā)明其他實(shí)施例的各種修改和組合對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將顯而易見(jiàn)。因此，所附權(quán)利要求意在涵蓋任何這樣的修改或?qū)嵤├?。?dāng)前第1頁(yè)1 2 3 當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3