一种基于人体行走的发电装置的制作方法

本发明涉及一种基于人体行走的发电装置，属于新能源和发电技术领域。

背景技术：

目前，随着现代集成电路技术和微机电系统(mems)技术的迅速发展，各种微机电器件或系统和低功耗电子产品越来越多地应用到航空航天、兵器工业、生物医药、结构健康监测等领域。目前仍然采用化学电池为这些系统或器件供电，但是使用化学电池存在着比较突出的问题:重量和体积较大，无法在工作空间较小的系统中使用；供能寿命有限，能量耗尽需重复充电或更换；对环境的污染较大。这些已经成为微机电系统和低功耗电子产品进一步应用的不利因素。因此，为微机电系统和低功耗电子器件供能的新型供电技术成为亟待解决的关键技术问题。

近年来，国内外科学家都在积极研究新的供能方式，其中一种非常有前途的方法就是设计一种装置直接从环境中提取能量为无线传感器等低功耗电子器件供能。可从环境获得有限电能的方式包括光、温度梯度场、振动、风、水流、电磁波等等。其中，具有结构简单、不发热、便于实现小型化和集成化等优点的压电或电磁俘能装置备受关注。现阶段国内外在俘能方面的研究主要集中在单一转换机理上，所设计的结构大多只基于一种俘能机理，但不同类型的振动型俘能器都有其各自不同的特点，如压电式俘能器虽然输出电压较大,但由于内阻较大导致输出电流较小，通常只有几微安；电磁式俘能器的输出电流较大，但输出电压较小，只有几十到几百毫伏。这些俘能器的共同缺点都是频带窄，振动频率固定,环境适应能力较差。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有俘能器存在频带窄、振动频率固定与环境适应能力较差的问题，提供一种压电-电磁复合式低频宽带俘能器。

本发明公布了一种基于人体行走的发电装置，包括基座(1)，上套筒(2)，下套筒(3)，挡板(4)，顶杆(5)，永磁体(6)，小弹簧(7)，电磁线圈(8)，大弹簧(9)，压电致动器(10)，安装槽(11)；所述基座(1)，首先连接下套筒(3)，与基座(1)同心，其次连接上套筒(2)，与基座(1)同心，挡板(4)与四个小弹簧(7)连接，与基座(1)同心，顶杆(5)与基座(1)连接，与基座(1)同心，永磁体(6)与大弹簧(9)连接，与基座(1)同心，四个小弹簧(7)与基座(1)连接，围绕基座(1)中心对称分布，电磁线圈(8)与挡板(4)连接，与基座(1)同心，压电致动器(10)与安装槽(11)连接，围绕基座(1)中心对称分布；人体行走时，会导致压电致动器(10)振动变形，根据正压电效应，压电片(10-2)变形，产生一定电量，从而实现了压电发电；最上侧的挡板(4)向下移动一定距离时，会引起磁通量变化，从而实现了电磁发电。

本发明的有益效果是：

1、本发明的这种压电-电磁复合式俘能器，利用压电效应和电磁感应在振动条件下俘能，可产生较大电流和较高电压，有效弥补了压电或电磁单独俘能方式的不足。

2、本发明的这种压电-电磁复合式俘能器，利用永磁铁与两侧磁铁之间的磁力耦合作用使压电俘能结构的振动模态产生变化，使悬臂梁的振幅和振动频率发生变化，从而改变了复合俘能器的发电特性，提高了俘能器的环境适应能力。

3、本发明的这种压电-电磁复合式俘能器，由于永磁铁与感应线圈之间的电磁感应作用，会在线圈中产生感应电流。

4、本发明的这种压电-电磁复合式俘能器，采用压电双晶片和感应线圈共同俘能,做到了在有限空间内两种俘能方式的复合，输出功率比单一压电式俘能器输出功率更高。

附图说明

图1所示为本发明的爆炸示意图。

图2所示为本发明的内部结构示意图。

图3所示为本发明的外部结构示意图。

图4所示为本发明的基座示意图。

图5所示为本发明的压电致动器示意图。

具体实施方式

本发明公布了一种基于人体行走的发电装置，包括基座(1)，上套筒(2)，下套筒(3)，挡板(4)，顶杆(5)，永磁体(6)，小弹簧(7)，电磁线圈(8)，大弹簧(9)，压电致动器(10)，安装槽(11)；所述基座(1)，首先连接下套筒(3)，与基座(1)同心，其次连接上套筒(2)，与基座(1)同心，挡板(4)与四个小弹簧(7)连接，与基座(1)同心，顶杆(5)与基座(1)连接，与基座(1)同心，永磁体(6)与大弹簧(9)连接，与基座(1)同心，四个小弹簧(7)与基座(1)连接，与基座(1)同心，围绕基座(1)中心对称分布，电磁线圈(8)与挡板(4)连接，与基座(1)同心，压电致动器(10)与安装槽(11)连接，围绕基座(1)中心对称分布。人体行走时，会导致压电致动器(10)振动变形，根据正压电效应，压电片(10-2)变形，产生一定电量，从而实现了压电发电；最上侧的挡板(4)向下移动一定距离时，会引起磁通量变化，从而实现了电磁发电。

本发明的工作过程如下：人体行走时，会挤压此装置最上侧的挡板(4)，从而使得永磁体(6)向下移动，由于永磁体(6)与压电致动器(10)上的尖端永磁体(10-3)之间存在排斥力，因此压电致动器(10)振动变形，根据正压电效应，压电片(10-2)变形，产生一定电量，从而实现了压电发电。最上侧的挡板(4)向下移动一定距离时，会被基座(1)中心的顶杆顶住，导致永磁体(6)向挡板(4)方向移动，从而穿过电磁线圈，引起磁通量变化，从而实现了电磁发电。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上说明只适用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：

1.本发明公布了一种基于人体行走的发电装置，包括基座(1)，上套筒(2)，下套筒(3)，挡板(4)，顶杆(5)，永磁体(6)，小弹簧(7)，电磁线圈(8)，大弹簧(9)，压电致动器(10)，安装槽(11)；所述基座(1)，首先连接下套筒(3)，与基座(1)同心，其次连接上套筒(2)，与基座(1)同心，挡板(4)与四个小弹簧(7)连接，与基座(1)同心，顶杆(5)与基座(1)连接，与基座(1)同心，永磁体(6)与大弹簧(9)连接，与基座(1)同心，四个小弹簧(7)与基座(1)连接，围绕基座(1)中心对称分布，电磁线圈(8)与挡板(4)连接，与基座(1)同心，压电致动器(10)与安装槽(11)连接，围绕基座(1)中心对称分布；人体行走时，会导致压电致动器(10)振动变形，根据正压电效应，压电片(10-2)变形，产生一定电量，从而实现了压电发电；最上侧的挡板(4)向下移动一定距离时，会引起磁通量变化，从而实现了电磁发电。

2.根据权利要求1所述的一种基于人体行走的发电装置，其特征在于所述基座(1)内侧有四个安装槽(11)，围绕基座(1)中心对称分布。

3.根据权利要求1所述的一种基于人体行走的发电装置，其特征在于所述基座(1)内侧有四个压电致动器(10)，围绕基座(1)中心对称分布，通过粘贴连接在安装槽内。

4.根据权利要求1所述的一种基于人体行走的发电装置，其特征在于所述基座(1)外侧有两个套筒(2)(3)，与基座(1)同心，通过粘贴连接在基座(1)上。

5.根据权利要求1所述的一种基于人体行走的发电装置，其特征在于所述基座(1)外侧有四个小弹簧(7)，围绕基座(1)中心对称分布，通过粘贴连接在基座(1)上。

6.根据权利要求1所述的一种基于人体行走的发电装置，其特征在于所述四个小弹簧(7)的另一端有一个挡板(4)，与基座(1)同心，通过粘贴连接在弹簧(4)上。

7.根据权利要求1所述的一种基于人体行走的发电装置，其特征在于所述挡板(4)下侧有一个大弹簧(9)，与基座(1)同心，通过粘贴连接在挡板(4)上。

8.根据权利要求1所述的一种基于人体行走的发电装置，其特征在于所述挡板(4)下侧有一个电磁线圈(8)，与基座(1)同心，通过粘贴连接在挡板(4)上。

9.根据权利要求1所述的一种基于人体行走的发电装置，其特征在于所述大弹簧(9)下侧有一个永磁体(6)，与基座(1)同心，通过粘贴连接在大弹簧(9)上。

10.根据权利要求1所述的一种基于人体行走的发电装置，其特征在于所述压电致动器(10)由基层(10-1)，压电片(10-2)和尖端永磁体(10-3)组成；压电片(10-2)和尖端永磁体(10-3)通过粘贴连接在基层(10-1)上。

11.根据权利要求1所述的一种基于人体行走的发电装置，其特征在于所述压电致动器(5)上的压电片选用压电陶瓷片pzt或柔性韧性强的压电材料pvdf。

技术总结
本发明涉及一种基于人体行走的发电装置，属于新能源和发电技术领域。人体行走时，会导致压电致动器振动变形，根据正压电效应，压电片变形，产生一定电量，从而实现了压电发电；最上侧的挡板向下移动一定距离时，会引起磁通量变化，从而实现了电磁发电。本发明提高了俘能器的环境适应能力及俘能器的俘能效率；并可有效拓宽俘能带宽。本发明利用压电效应和电磁感应在振动条件下俘能，可产生较大电流和较高电压，有效弥补了压电或电磁单独俘能方式的不足。

技术研发人员：何丽鹏;顾祥丰;王平凯;余刚;贾葆德;王哲
受保护的技术使用者：长春工业大学
技术研发日：2020.09.29
技术公布日：2021.01.12