[实用新型]一种压电-磁电振动发电鞋垫装置

说明书

本实用新型涉及能量转换技术，为压电‑磁电振动发电鞋垫装置，包括设置在鞋垫前脚掌以及后脚跟位置的压电‑磁电复合发电装置；压电‑磁电复合发电装置包括共同固定在一支撑架之上而形成一个整体的压电发电部分以及磁电发电部分，其中压电发电部分包括呈S状的悬臂梁，悬臂梁的一端与永久磁体质量块连接，悬臂梁的另一端固定在所述支撑架上，磁电发电部分包括线圈及所述永久磁体质量块，线圈固定在所述支撑架上，永久磁体质量块位于线圈中。本实用新型由于采用了压电‑磁电相结合的振动发电方式，能够高效地采集人在行走过程中的机械能，实现能量的最高转化效率。

技术领域

本实用新型涉及能量转换技术，为人在行走过程中振动产生的机械能转化为电能的技术，具体为一种压电-磁电振动发电鞋垫装置。

背景技术

根据机-电转化机制，目前振动能量收集的技术可分为三类：压电式、静电式及电磁式。与其他模式相比，压电式能量采集器结构简单，小尺度器件易于制备，而且还具有较高的机-电转换效率，是一种理想的振动能量采集器件。

压电式振动能量收集主要通过环境中实物所发出的各种振动，对可以产生压电效应的材料施加压力使其发生变形，从而改变材料的内部结构，这将导致压电材料内部产生固定的分离的正负电荷，继而影响压电材料表面的电荷走向，最终产生电能，完成从机械能到电能的转化。

电磁式振动能量采集器的工作原理是基于法拉第电磁感应定律，在外界振动作用下，器件中的导线圈和磁体间发生相对运动而引起磁通量的变化，从而产生电信号。电磁式振动能量采集器主要分为三种：动铁(永磁体运动)、动圈(感应线圈运动)和铁圈同振(永磁体和线圈共同振动)。该装置为永磁体运动，通过磁体的运动来切割磁感线。

本申请人发现，环境中的振动源，其振动频率通常在100Hz以下。若要使振动能量采集器能够实现真正应用，其特征频率必须与所应用的环境相匹配。然而由常识可知，随着器件尺寸减小，其特征频率急剧上升，因此如何使小尺度振动能量采集器具有较低特征频率是一项艰巨的工作。

此外，人在行走的过程中，鞋垫脚掌到脚趾的位置以及鞋子脚后跟位置往往受到比较大的压力，但是产生的这些能量往往没有得到有效的利用，如果通过一种压电式与磁电式振动发电相结合的鞋垫装置把人在行走过程中的机械能收集起来，将能实现能量的最高转化效率，实现节能减排保护环境的目的。

发明内容

为了解决现有技术所存在的问题，本实用新型提供一种压电-磁电振动发电鞋垫装置，对传统的长方形悬臂梁进行了结构上的改进，将压电式能量采集器设计为S状的悬臂梁，降低装置的振动频率，与人在行走过程中的振动频率相匹配，更好采集能量。

根据本实用新型的压电-磁电振动发电鞋垫装置，包括设置在鞋垫前脚掌以及后脚跟位置的压电-磁电复合发电装置；压电-磁电复合发电装置包括共同固定在一支撑架之上而形成一个整体的压电发电部分以及磁电发电部分，其中压电发电部分包括呈S状的悬臂梁，悬臂梁的一端与永久磁体质量块连接，悬臂梁的另一端固定在所述支撑架上，磁电发电部分包括线圈及所述永久磁体质量块，线圈固定在所述支撑架上，永久磁体质量块位于线圈中。

优选地，所述支撑架的焊盘分别连接着悬臂梁的正负极和线圈的正负极。

优选地，所述呈S状的悬臂梁用PZT薄膜压电材料制作而成。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、压电发电部分采用S状的悬臂梁，能有效降低装置的振动频率，更好地与人在行走过程中的振动频率相匹配，更好地采集能量，成功地将人在行走过程中所产生的机械能转化为电能并收集起来。

2、通过压电-磁电相结合的方式进行发电，能够高效地采集人在行走过程中的机械能，实现能量的最高转化效率。