[发明专利]收集人体摆动能的碰撞升频式压电俘能器及其俘能方法

说明书

技术领域

本发明涉及能量收集装置及能量收集方法，具体涉及收集人体摆动能的碰撞升频式压电俘能器及其俘能方法。

背景技术

人体运动过程中存在大量的运动能，比如胳膊和腿的摆动。振动俘能器可以将这些摆动形式的运动能转化成电能，为可穿戴电子产品进行供电。为了不影响人体的正常运动，此类俘能器最好是利用质量块的惯性俘获人体的运动能，而不是人为主动施加驱动力。压电材料因自身的机电耦合系数高，可达到较高的能量转换效率，因此，广泛用于振动能量收集。但因人体运动频率低，现有压电俘能器难以处于有效俘能频带中，导致其输出功率低下。

发明内容

本发明的目的是针对压电俘能器在低频环境下输出功率低，效率低的问题，提出一种高效率、高输出功率的碰撞升频式压电俘能器及其俘能方法。

本发明解决技术问题采取的技术方案是：

本发明收集人体摆动能的碰撞升频式压电俘能器，由拨片、压电梁、摆砣、转轴、磁铁、圆形外壳底座和凸台组成；所述的圆形外壳底座包括一体成型的圆环形外壳和圆形底座；所述的转轴与圆形底座同轴设置，且转轴与圆形底座构成转动副。所述的摆砣包括一体成型的第一半圆柱和第二半圆柱，第一半圆柱的半径比转轴半径大2～4mm，第二半圆柱的半径比圆环形外壳的内径小4～6mm；摆砣开设的中心孔一半位于第一半圆柱上，另一半位于第二半圆柱上；摆砣的中心孔固定在转轴上，在第二半圆柱的平面处两端各开有一个圆孔，各圆孔内嵌一块磁铁。n根压电梁沿转轴周向均布固定在转轴上，4≤n≤8。圆环形外壳内侧壁固定有沿周向均布的n片拨片；转轴轴向方向上，拨片与压电梁位置对齐；转轴径向方向上，拨片与转轴轴心的距离小于压电梁外端端面与转轴轴心的距离；在圆环形外壳内侧壁固定设置两个凸台，两个凸台分设在第二半圆柱的平面两端，且转轴中心轴线与两个凸台的距离相等；转轴轴向方向上，凸台与压电梁间距设置；凸台与第二半圆柱平面的相对面固定有磁铁。第二半圆柱的平面与凸台固定磁铁的平面平行状态下，第二半圆柱上的磁铁与对应端凸台上的磁铁同轴设置且相对端的磁极相同。

所述的圆环形外壳靠近两个凸台位置处均开设一个调节孔组；所述的调节孔组包括沿圆环形外壳周向排布的三个调节孔，每两个调节孔的中心轴线夹角相等；凸台与其中一个调节孔通过螺钉连接。

所述的磁铁采用圆柱体。

该收集人体摆动能的碰撞升频式压电俘能器的俘能方法，具体如下：

携带时将摆砣水平放置，摆砣在人体摆动频率下绕转轴摆动，从而通过转轴带动压电梁与拨片发生碰撞，致使压电梁高频振动产生电能。摆砣摆动时，第二半圆柱两端的磁铁与对应端凸台上的磁铁相互排斥磁力作用，为摆砣引入了非线性刚度，拓宽摆砣的有效俘能频带，当人体摆动频率在摆砣有效俘能频带内时，摆砣摆幅增大，压电梁与拨片的碰撞力增大，从而收集更多的人体摆动能。并且，第二半圆柱两端的磁铁与对应端凸台上的磁铁相互排斥磁力作用，将无法及时转化的动能以磁力势能形式存储起来，从而收集更多的人体摆动能。

本发明具有的有益效果：

通过引入非线性刚度，拓宽俘能频带，以碰撞的形式将低频摆动转化为高频振动，实现升频转换，利用压电效应将人体摆动能转化为电能。

附图说明

图1为本发明的平面示意图；

图2为本发明的立体图；

图3为本发明中摆砣的结构立体图；

图4为本发明中凸台位置调节到与摆砣最近时的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作详细说明。