[实用新型]压电能量收集装置、系统及使用该装置的发电鞋

说明书

技术领域

本实用新型涉及压电材料能量转化与收集技术领域，尤其涉及一种压电能量收集装置、系统及使用该装置的发电鞋。

背景技术

采用能量收集装置从周围获取能量，并将其转换为有用的电能从而取代电池作为一种新的供电方式越来越引起人们的重视，这些能量包括太阳能、热能、电磁能以及机械能等，其中，机械能中的机械振动能来源广泛，如风力、旋转机械、液体流动及人的运动等。与电池供电相比，这种自供电方式可以减少污染和降低因更换电池导致的维护成本以及因耗尽电能带来的工作故障。尤其是，将人体运动产生的动能转换为电能并对嵌入式的微电子设备或人体健康监测传感器供电也引起很多研究者的兴趣。将机械振动能转换为电能所采用的方法一般有三种：压电式、静电式和电磁式，其中，基于压电振动的微能量收集方式由于结构简单、体积小而得到广泛地应用。压电材料之所以能将机械振动转换为电能，是因为在外力的作用下压电材料产生变形，它的表面会出现异号极化电荷从而产生电场，它具有较高的能量密度，无需单独的电源，将这种利用压电效应而产生能量的装置称为压电微能量收集器（piezoelectric micro power generator，PMPG）。

典型压电能量收集装置一般都采用三层机构的矩形悬臂梁，上下两层为压电材料，中间的金属层用于提高结构刚性。但是，由于工作环境中的振动形式通常具有频率偏低、频率成分多的特点，振动结构所需要的高频频率（100Hz~300Hz）难以与外部环境所存在的低频频率（低于10Hz）匹配，使得振动结构工作在非谐振状态而能量收集效果急剧下降。

实用新型内容

本实用新型实施例所要解决的技术问题在于，提供一种碰撞式压电能量收集装置、系统及发电鞋，从实际工作环境中收集低频振动能量并转换为高频振动能量。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提出了一种压电能量收集装置，包括固定座；固设于固定座上的导杆和压电悬臂梁；滑动地安装于导杆上的碰撞体；固设于压电悬臂梁的自由端的、用于与滑动的碰撞体发生碰撞以使压电悬臂梁振动并发电的碰撞块。

进一步地，所述碰撞块的碰撞端与碰撞体的接触面为外凸式的圆滑曲面。

进一步地，所述圆滑曲面为两个邻接的弧形曲面，靠近压电悬臂梁的固定端的弧形曲面所对应的圆弧的半径小于远离所述固定端的弧形曲面所对应的圆弧的半径。

进一步地，所述碰撞体为圆球体或椭球体。

进一步地，所述压电悬臂梁与所述导杆平行设置。

进一步地，所述碰撞块对应于导杆的中间位置。

进一步地，所述固定座包括：方管；设于方管的两端、由导杆依次穿过并通过在导杆的设螺纹的一端安装螺母以进行紧固的端盖；及固定于方管的外表面的垫片，压电悬臂梁的固定端固设于垫片上。

进一步地，固定座还包括固设于方管的对应于压电悬臂梁一侧的、用于保护压电悬臂梁的防护罩。

相应地，本实用新型实施例还提供了一种压电能量收集系统，所述系统包括如上所述的压电能量收集装置及电连接于所述压电悬臂梁的储电装置。

同时，本实用新型实施例还提供了一种发电鞋，由鞋底和鞋帮组成，鞋帮内嵌设有如上所述的压电能量收集装置。

本实用新型实施例的压电能量收集装置、系统及发电鞋的有益效果是：通过采用滑动设置的碰撞体与设于压电悬臂梁的自由端的碰撞块产生碰撞的技术手段，从而将碰撞体的低频振动转换为高频的压电悬臂梁的振动，实现了收集低频振动能量并转换为高频振动能量的技术效果，在低频振动环境下获得较大的输出功率，结构简单，体积小巧，可在较宽的环境振动频率范围内输出稳定的功率。

附图说明

图1是本实用新型实施例的压电能量收集装置的整体结构示意图。

图2是本实用新型实施例的压电能量收集装置的分解示意图。

图3是本实用新型实施例的压电能量收集装置的原理示意图。

图4是本实用新型实施例的碰撞体的去程碰撞时的力学分析示意图。

图5是本实用新型实施例的碰撞体的回程碰撞时的力学分析示意图。

具体实施方式

请参考图1~图3，本实用新型实施例提供了一种压电能量收集装置，包括固定座10、固设于固定座10上的导杆20、滑动地安装于导杆20上的碰撞体30、呈悬臂梁式设置于固定座10上的压电悬臂梁40及固设于压电悬臂梁40上的碰撞块50。

所述固定座10包括方管11、固设于方管11两端的端盖13、固定于方管11的外表面的垫片15及防护罩17。