[发明专利]基于压电叠堆与调频效应的人体穿戴式能量收集器

说明书

本发明公开一种基于压电叠堆与调频效应的人体穿戴式能量收集器，涉及可穿戴发电装置技术领域，包括壳体、质量块、导向杆、压电叠堆、力放大机构和限位组件，壳体为下端开口结构，力放大机构设置于壳体中，且力放大机构上端固定于壳体顶面上，压电叠堆固定于力放大机构中，导向杆固定于力放大机构下端，质量块滑动套设于导向杆上部，限位组件固定套设于导向杆下部，质量块与限位组件之间设置有一个弹簧，弹簧套设于导向杆上。本发明提供的基于压电叠堆与调频效应的人体穿戴式能量收集器结构小巧，可穿戴且有一定的自适应性，发电量高，进一步扩展了压电发电装置的应用范围。

技术领域

本发明涉及可穿戴发电装置技术领域，特别是涉及一种基于压电叠堆与调频效应的人体穿戴式能量收集器。

背景技术

随着人们科技水平的发展，集成电路、微小型机电系统特别是可穿戴设备的市场和行业数量正呈爆炸式增长。然而，这些设备很难获得主机地获取能量并自我充电，传统的化学电池也在寿命、使用次数、环境污染等多方面展现出越来越多的弊端，如何研究一种可穿戴便携式能量收集装置也越来越受到人们的关注。

在微型振动能量收集原理方面，主要有压电式、电磁式、摩擦电式、静电式四种类型。其中，压电式能量收集装置在体积、功率密度、成本等方面有着诸多的优势，压电能量收集装置是利用正压电效应：当某固定方向的外作用在晶体表面时，在晶体的内部就产生电极化现象，同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态。这是一种可再生、无污染、便携式电源，用可穿戴压电能量收集器为穿戴式智能电子设备提供能量具有广阔的应用前景。

目前，利用压电能量收集装置为可穿戴式智能电子设备提供电能正面临的主要问题有：一是传统上用来收集振动能量(如汽车、飞机等机械结构运行时的能量)的压电式能量收集器由于工作频率较高，不能用在人体低频运动中来收集能量；二是传统意义上悬臂梁式压电能量收集装置由于发电量低，只能满足小范围的电子设备的电量需求；三是如何将压电能量收集装置用到人体运动，从人体动作中获能并实现发电要求。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种基于压电叠堆与调频效应的人体穿戴式能量收集器，结构小巧，可穿戴且有一定的自适应性，发电量高，进一步扩展了压电发电装置的应用范围。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种基于压电叠堆与调频效应的人体穿戴式能量收集器，包括壳体、质量块、导向杆、压电叠堆、力放大机构和限位组件，所述壳体为下端开口结构，所述力放大机构设置于所述壳体中，且所述力放大机构上端固定于所述壳体顶面上，所述压电叠堆固定于所述力放大机构中，所述导向杆固定于所述力放大机构下端，所述质量块滑动套设于所述导向杆上部，所述限位组件固定套设于所述导向杆下部，所述质量块与所述限位组件之间设置有一个弹簧，所述弹簧套设于所述导向杆上。

优选地，还包括直线轴承，所述直线轴承套设于所述导向杆上，所述质量块固定套设于所述直线轴承上。

优选地，所述导向杆包括由上至下依次连接的第一螺纹段、圆柱段和第二螺纹段，所述圆柱段的直径大于所述第一螺纹段和所述第二螺纹段的直径，所述第一螺纹段与所述力放大机构的底端螺纹连接，所述直线轴承套设于所述圆柱段上，所述限位组件安装于所述第二螺纹段上。

优选地，所述限位组件包括挡片和锁紧螺母，所述挡片和所述锁紧螺母均安装于所述第二螺纹段上，所述挡片上端由所述圆柱段的底面进行限位，所述挡片的下端由所述锁紧螺母进行限位。

优选地，所述质量块下端一侧设置有半环形凹槽，所述挡片上端中部设置有安装槽，所述弹簧的上端和下端分别卡接于所述半环形凹槽和所述安装槽中。

优选地，还包括绑带，所述绑带安装于所述壳体的后侧面。