基于双稳态结构的电子设备姿态调整器制造技术

本发明专利技术涉及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)，屏蔽罩(3)内封装有姿态调整单元，姿态调整单元包括框架(5)、双稳态弹性梁(6)和压电单元(7)，双稳态弹性梁(6)固定在框架(5)内侧，双稳态弹性梁(6)具有上凸和下凹两个稳定平衡状态，压电单元(7)对称粘接在双稳态弹性梁(6)左右两侧，双稳态弹性梁(6)中间部位固定有永磁铁(8)，永磁铁(8)上下方均设有电磁铁(9)，电磁铁(9)固定在框架(5)上；本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
基于双稳态结构的电子设备姿态调整器[
]本专利技术涉及微小型执行器件和新型能源
，具体地说是一种基于双稳态结构的电子设备姿态调整器。[
技术介绍
]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US8330305B2、US2013/0073095A1和US2013/0257582A1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。[
技术实现思路
]本专利技术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。所述框架5采用覆铜板、环氧树脂或金属制成，所述框架5上印制有用于电能和信号传输的集成电路，所述管脚10设置在框架底部两边，所述框架5通过管脚固定在PCB底板4上，所述管脚10用于电能、信号的传输。所述屏蔽罩3采用不锈钢或洋白铜制成，所述屏蔽罩3为固定式或可拆式结构。本专利技术同现有技术相比，结构新颖、简单，设计合理，充分利用了双稳态弹性梁的突跳特性，将其同时用于振动能量收集和电子设备的姿态调整，其结构简单紧凑，便于微小型化，集成化，使用寿命高，振动能量收集带宽大、效率高，姿态调整力大，灵敏度高；此外，本专利技术所述姿态调整器便于植入任何便携式电子设备和小型空中或水下机器人等需要姿态调整的设备中，移植性和扩展性高，应用前景广泛。[附图说明]图1是本专利技术的外部结构示意图；图2是本专利技术的内部结构示意图；图3是本专利技术中姿态调整单元的结构示意图；图4是本专利技术中姿态调整单元的双稳态弹性梁两个稳态示意图；图5是本专利技术应用到智能手机中的实施例结构示意图；图6是本专利技术应用到智能手机姿态调整的不同安装方式示意图；图7是本专利技术与智能手机内部系统组成的防摔保护系统组成图；图8是本专利技术应用到智能手机中工作模式切换流程图；图9是本专利技术应用到智能手机姿态调整的控制流程图；图10是本专利技术调整智能手机空中姿态过程示意图；图中：1、姿态调整器2、智能手机3、屏蔽罩4、PCB底板5、框架6、双稳态弹性梁7、压电单元8、永磁铁9、电磁铁10、管脚。[具体实施方式]下面结合附图对本专利技术作以下进一步说明：如附图1所示，是本专利技术的外观示意图，其中屏蔽罩3采用0.2mm厚的不锈钢或洋白铜为材料，可为固定式或可拆式，防止电磁干扰(EMI)、对智能手机内部其它元件起屏蔽作用；PCB底板4集成信号采集及处理电路；管脚10将姿态调整单元固定于PCB底板4上并起到电能和信号传输的功能。如附图2所示，姿态调整器包括屏蔽罩3和PCB底板4，PCB底板4连接在屏蔽罩3底端，屏蔽罩3和PCB底板4内封装有基于双稳态突跳特性的姿态调整单元，该姿态调整单元设有至少两个以上，如设置有三个，姿态调整单元用于提供姿态调整力和收集振动能量，每个姿态调整单元包括框架5、双稳态弹性梁6和压电单元7，双稳态弹性梁6固定在框架5内侧，双稳态弹性梁6具有上凸和下凹两个稳定平衡状态，双稳态弹性梁6的突跳形变产生用于姿态调整的弹性力，压电单元7对称粘接在双稳态弹性梁6上左右两侧，双稳态弹性梁6中间部位固定有永磁铁8，永磁铁8上下方均设有电磁铁9，电磁铁9固定在框架5上。如附图3和附图4所示，图4为双稳态弹性梁具有上凸稳态Ⅰ和下凹稳态Ⅱ；附图3中姿态调整单元主要运动部件为中间部位固定有永磁铁8的双稳态弹性梁6，可以通过双稳态弹性梁6的突跳形变产生用于姿态调整的弹性力；当双稳态弹性梁6从上凸稳态Ⅰ向下凹稳态Ⅱ突跳转换时，双稳态弹性梁6会给框架5作用一个向上的弹性力，此弹性力进而传递给智能手机2内姿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双稳态结构的电子设备姿态调整器，其特征在于：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。

【技术特征摘要】
1.一种基于双稳态结构的电子设备姿态调整器，其特征在于：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。2.如权利要求1所述的基于双稳态结构的电子设备姿态调整器，其特征在于：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...

【专利技术属性】
技术研发人员：李汶柏，张文明，邹鸿翔，
申请(专利权)人：张文明，李汶柏，邹鸿翔，
类型：发明
国别省市：上海;31