[发明专利]基于双稳态结构的电子设备姿态调整器

说明书

[技术领域]

本发明涉及微小型执行器件和新型能源技术领域，具体地说是一种基于双稳态结构的电子设备姿态调整器。

[背景技术]

随着移动互联网技术的发展，便携式电子设备的使用越来越普遍，它们小巧、轻便、功能强大，方便拿在手中，装在口袋、钱包或提包中，因此越来越成为人们日常生活和工作中必不可少的物品。诸如智能手机、平板电脑等移动电子设备以其强大的功能和优越的便携性，逐渐成为人们随身携带的必需物品，然而这些电子设备可能会不小心从手中摔落或由于一些偶然因素而处于自由落体状态。例如，放在柜台或桌子上的电子设备由于外界的碰撞而滑落。当电子设备摔落到地面时，其表面受到很大的冲击，即使这些电子设备装有保护套或其它保护装备，也很有可能会发生严重的损坏。

大多数便携式电子设备都有某些部位比其他部位耐冲击，如果摔落时是这些耐摔的特定部位先着地那么很可能会减少电子设备的损伤。特别是现在流行的大屏幕的智能手机和平板电脑，其屏幕特别易碎，当落地时屏幕先着地受到一定冲击时就会损坏，如果换做电子设备外壳的某些金属或塑料部位先着地的话，就不会那么容易损坏了。

为了保护便携式电子设备摔落时免受冲击损坏，美国专利US 8330305 B2、US 2013/0073095 A1和US 2013/0257582 A1公布了在空中调整便携式电子设备方向或在设备掉落过程中通过其他方式来保护易碎组件的机制。这几项专利给出了多种解决方案，包括移动设备中某个配重型的组件来调整设备中心，或是在设备外壳某些地方弹出保护性支架，或是快速释放出一罐空气，又或是锁住插入的耳机插头或是采取其他的防护措施来对设备进行保护，以上大部分方案在实际中很难应用，其中较为现实的方法是通过带有偏心质量的振动电机调整电子设备空中姿态，避免易碎和重要元器件直接与地面相撞，但是振动电机耗能较大、提供的转矩有限、高速旋转可持续时间不长且易烧毁、并且不易微小型化，因此在实施上还存在很多困难。

另外，提高便携式电子设备的续航能力也一直是一个亟待解决的问题，随着微机电技术和集成电路的发展，电子电路的能耗越来越低，因此收集环境振动能量给低功耗电子器件供能成为近些年来的一大研究热点。利用压电材料的压电效应进行振动能量收集是其中比较常见且有效的振动能量收集方式，结合双稳态结构进行非线性振动能量收集，可以获得较大的带宽和较高的能量转换效率。设计可植入便携式电子设备中的小型振动能量收集器为电子设备中的某些关键电子器件供电，以提高其总体续航能力、保障数据安全和应急供电是非常必要的。

[发明内容]

本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种基于双稳态结构的电子设备姿态调整器，不仅可以收集外界的振动能量，还可以调整便携式电子设备掉落过程中的空中姿态，使其耐摔部位先着地，以起到保护易碎部件的作用。

为实现上述目的设计一种基于双稳态结构的电子设备姿态调整器，包括屏蔽罩3和PCB底板4，所述PCB底板4连接在屏蔽罩3底端，所述屏蔽罩3内封装有基于双稳态突跳特性的姿态调整单元，所述姿态调整单元用于提供姿态调整力和收集振动能量，所述姿态调整单元包括框架5、双稳态弹性梁6和压电单元7，所述双稳态弹性梁6固定在框架5内侧，所述双稳态弹性梁6具有上凸和下凹两个稳定平衡状态，所述双稳态弹性梁6的突跳形变产生用于姿态调整的弹性力，所述压电单元7对称粘接在双稳态弹性梁6左右两侧，所述双稳态弹性梁6中间部位固定有永磁铁8，所述永磁铁8上下方均设有电磁铁9，所述电磁铁9固定在框架5上。

所述姿态调整单元通过管脚10固定在PCB底板4上，所述姿态调整单元设有至少两个以上。

所述双稳态弹性梁6为两端固支屈曲梁、两端简支弧形梁或余弦弯曲梁，所述双稳态弹性梁6设有至少两个以上，所述双稳态弹性梁6采用弹簧钢、高弹性模量铝合金或高模量碳纤维制成。

所述压电单元7为压电陶瓷片、压电晶片或压电薄膜，所述压电单元7用于传感和发电。

所述永磁铁8设有两块，所述永磁铁8通过粘接或机械连接固定在双稳态弹性梁6中间部位的上下两侧，所述永磁铁8面向双稳态弹性梁6外侧的极性相反，所述永磁铁8采用钕铁硼、钐钴或铝镍钴制成，所述两块永磁铁8同时作为执行质量块。

所述电磁铁9上下对称布置，所述两个电磁铁9分别正对着永磁铁8，所述电磁铁9产生可控电磁力与永磁铁8相互作用。