一種壓電發(fā)電裝置及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)電裝置，具體是一種能為可充電電池充電、采集運(yùn)動(dòng)信號(hào)和驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光的壓電發(fā)電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子產(chǎn)品集成化的提高和功耗的降低，傳統(tǒng)的電池因其體積大、使用壽命短而逐漸不能滿足使用要求；同時(shí)，電池含有重金屬，廢舊電池處理不當(dāng)會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此，人們開始尋求電池的替代品一人力發(fā)電裝置(human powered energygenerator)，其目的是在某些特殊的應(yīng)用領(lǐng)域替代電池或自動(dòng)為電池充電。用于微功率電子產(chǎn)品的各種新的微型發(fā)電裝置(或稱微型發(fā)電機(jī)Micro-generator )的研究已經(jīng)成為國(guó)際上一個(gè)新的熱點(diǎn)，如電磁、熱電及壓電等?，F(xiàn)有的電磁式振動(dòng)發(fā)電機(jī)，其克服了電容式發(fā)電機(jī)開始工作時(shí)需要外部電源推動(dòng)的缺點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本高，且線圈與磁鐵分離，難以微型化。而壓電發(fā)電裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不發(fā)熱、無電磁干擾、易于加工制作和實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的微小化、集成化等優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種壓電發(fā)電裝置及其應(yīng)用，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造、成本低的優(yōu)點(diǎn)，解決了目前大部分壓電發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜和成本高的問題。還可將壓電發(fā)電裝置應(yīng)用在鞋子中為可充電電池充電、采集運(yùn)動(dòng)信號(hào)和驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光。將其置于鞋底內(nèi)，隨著人的走動(dòng)，可將人體運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能為外部負(fù)載供電。
[0004]本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
一種壓電發(fā)電裝置，包括支承座、彈性保護(hù)體、壓電發(fā)電片和電路板，支承座設(shè)有壓電發(fā)電片支承單元和和電路板槽，電路板槽根據(jù)實(shí)際需要可以設(shè)在支承座內(nèi)合適的部位，電路板置于電路板槽內(nèi)，壓電發(fā)電片以懸臂支承或者周邊簡(jiǎn)支支承的方式置于支承座的支承單元內(nèi)，壓電發(fā)電片的正負(fù)極通過導(dǎo)線分別與電路板上的電能收集與管理電路的輸入端相連；彈性保護(hù)體與支承座固定連接。
[0005]所述壓電發(fā)電片是由彈性金屬基板和壓電材料粘結(jié)而成，可在彈性金屬基板的單面或雙面粘結(jié)壓電材料，其形狀為圓形或矩形，其結(jié)構(gòu)為單晶片或雙晶片。
[0006]所述壓電發(fā)電片的彈性金屬基板和壓電材料的厚度為0.05?0.5mm。
[0007]所述壓電發(fā)電片支承單元呈階梯式設(shè)置，中部設(shè)有保護(hù)壓電發(fā)電片的凸臺(tái)，兩端設(shè)有支承壓電發(fā)電片的支承面。
[0008]所述壓電發(fā)電片可以是I片也可以是多片置于支承單元內(nèi)，當(dāng)有外力作用到彈性保護(hù)體時(shí)，彈性保護(hù)體發(fā)生彎曲變形促使壓電發(fā)電片發(fā)生彎曲變形；當(dāng)外力撤掉時(shí)，彈性保護(hù)體和壓電發(fā)電片恢復(fù)至變形前的位置，壓電發(fā)電裝置一次發(fā)電周期結(jié)束。
[0009]本發(fā)明壓電發(fā)電裝置通過壓電發(fā)電片將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，經(jīng)過電能收集與管理電路處理后為外部負(fù)載供電，負(fù)載可為L(zhǎng)ED燈、電路或者可充電電池。
[0010]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制造、成本低、性能可靠，可取代電池作為鞋燈的供電裝置，也可以作為傳感器采集運(yùn)動(dòng)信號(hào)，還可以為可充電電池充電。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明壓電發(fā)電裝置的剖視圖；
圖2是本發(fā)明壓電發(fā)電裝置的實(shí)施例1的爆炸圖；
圖3是本發(fā)明壓電發(fā)電裝置的實(shí)施例1的俯視圖；
圖4是本發(fā)明壓電發(fā)電裝置的實(shí)施例2的俯視圖；
圖5是本發(fā)明壓電發(fā)電裝置應(yīng)用在鞋子中驅(qū)動(dòng)LED燈的安裝實(shí)例圖；
圖6是本發(fā)明壓電發(fā)電裝置應(yīng)用在鞋子中為可充電電池充電的安裝實(shí)例圖；
圖7是本發(fā)明壓電發(fā)電裝置應(yīng)用在鞋子中采集運(yùn)動(dòng)信號(hào)的安裝實(shí)例圖。
[0012]圖中，1.彈性保護(hù)體2.壓電發(fā)電片2-1.彈性金屬基板2-2.壓電材料3.支承座3-1.支承單元3-2.電路板槽3-3.凸臺(tái)4.電路板5.負(fù)載5-1.LED燈5-2.可充電電池5-3.運(yùn)動(dòng)信號(hào)采集與處理電路6.導(dǎo)線。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本
【發(fā)明內(nèi)容】
作進(jìn)一步的說明，但不是對(duì)本發(fā)明的限定。
[0014]實(shí)施例1
參照?qǐng)D1，一種壓電發(fā)電裝置，包括支承座3、彈性保護(hù)體1、壓電發(fā)電片2和電路板4，支承座3設(shè)有壓電發(fā)電片支承單元3-1和和電路板槽3-2，電路板4置于電路板槽3-2內(nèi)，壓電發(fā)電片2以懸臂支承或者周邊簡(jiǎn)支支承的方式置于支承座的支撐單元3-1的支承面上，壓電發(fā)電片2的正負(fù)極通過導(dǎo)線6分別與電路板4上的電能收集與管理電路的輸入端相連；彈性保護(hù)體I與支承座3固定連接。
[0015]壓電發(fā)電片2是由彈性金屬基板2-1和壓電材料2-2粘結(jié)而成，可在彈性金屬基板2-1的單面或雙面粘結(jié)壓電材料2-2，其結(jié)構(gòu)為單晶片或雙晶片。
[0016]壓電發(fā)電片2中的彈性金屬基板2-1和壓電材料2-2的厚度為0.05?0.5mm。
[0017]壓電發(fā)電片支承座3呈階梯式設(shè)置，中部設(shè)有保護(hù)壓電發(fā)電片2的凸臺(tái)3-3，兩端設(shè)有支承壓電發(fā)電片的支承面。
[0018]參照?qǐng)D1、圖2、圖3，壓電發(fā)電片2的形狀為圓形，設(shè)置在支承座3的圓形梯形槽支承單元3-1的支撐面上，采用周邊簡(jiǎn)支支承方式，壓電發(fā)電片2的變形量受支承座3內(nèi)的凸臺(tái)3-3限制，電路板4置于電路板槽3-2內(nèi)，圓形的壓電發(fā)電片2用導(dǎo)線6與電路板4的電源管理電路輸入端相連，電路板4的輸出端用導(dǎo)線6與負(fù)載5相連，彈性保護(hù)體I與支承座3用膠水固定連接。
[0019]實(shí)施例2
參照?qǐng)D1、圖2和圖4，壓電發(fā)電片2的形狀為矩形，設(shè)置在支承座3的矩形梯形槽支承單元3-1的支承面上，采用兩端簡(jiǎn)支支承方式。其余同實(shí)施例1。
[0020]參照?qǐng)D5，將本發(fā)明壓電發(fā)電裝置應(yīng)用在鞋子后腳跟驅(qū)動(dòng)LED燈的安裝實(shí)例。其工作原理是:當(dāng)穿著行走時(shí)，后腳跟著地用力，力作用在彈性保護(hù)體I上，減緩對(duì)壓電發(fā)電片2的沖擊，同時(shí)彈性保護(hù)體I與壓電發(fā)電片2接觸并使壓電發(fā)電片2產(chǎn)生變形，當(dāng)變形一定程度后，受支承座3內(nèi)的凸臺(tái)3-3的限制，壓電發(fā)電片2產(chǎn)生電能經(jīng)電路板4上的電源管理電路處理后使LED燈5-1發(fā)光，當(dāng)后腳跟抬起時(shí)，壓電發(fā)電片2恢復(fù)形變又產(chǎn)生電能經(jīng)電路板4上的電源管理電路處理后使LED燈5-1發(fā)光，根據(jù)電路板4上電源管理電路的設(shè)置情況，LED燈5-1可實(shí)現(xiàn)周期性的閃光或者持續(xù)發(fā)光，發(fā)光元件可采用發(fā)光二極管。
[0021]參照?qǐng)D6，將本發(fā)明壓電發(fā)電裝置應(yīng)用在鞋子后腳跟為可充電電池充電的安裝實(shí)例。其工作原理是:當(dāng)穿著行走時(shí)，后腳跟著地用力，力作用在彈性保護(hù)體I上，減緩對(duì)壓電發(fā)電片2的沖擊，同時(shí)彈性保護(hù)體I與壓電發(fā)電片2接觸并使壓電發(fā)電片2產(chǎn)生變形，當(dāng)變形一定程度后，受支承座3內(nèi)的凸臺(tái)3-3的限制，壓電發(fā)電片2產(chǎn)生電能經(jīng)電路板4上的電源管理電路處理后為可充電電池5-2充電，當(dāng)后腳跟抬起時(shí)，壓電發(fā)電片2恢復(fù)形變又產(chǎn)生電能經(jīng)電路板4上的電源管理電路處理后為可充電電池5-2充電。
[0022]參照?qǐng)D7，將本發(fā)明壓電發(fā)電裝置應(yīng)用在鞋子中采集運(yùn)動(dòng)信號(hào)的安裝實(shí)例。本發(fā)明壓電發(fā)電裝置通過電源管理電路來實(shí)現(xiàn)采集運(yùn)動(dòng)信號(hào)的功能，且無需外部供電，就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字或者模擬信號(hào)輸出。其工作原理是:當(dāng)穿著行走時(shí)，后腳跟著地用力，力作用在彈性保護(hù)體I上，減緩對(duì)壓電發(fā)電片2的沖擊，同時(shí)彈性保護(hù)體I與壓電發(fā)電片2接觸并使壓電發(fā)電片2產(chǎn)生變形發(fā)電，當(dāng)變形一定程度后，受支承座3內(nèi)的凸臺(tái)3-3的限制保護(hù)，當(dāng)后腳跟抬起時(shí)，壓電發(fā)電片2恢復(fù)形變又產(chǎn)生電能，腳后跟著地和抬起使壓電發(fā)電片彎曲變形所產(chǎn)生的電能經(jīng)電路板4上的電源管理電路處理后為運(yùn)動(dòng)信號(hào)采集與處理電路5-3提供電能，運(yùn)動(dòng)信號(hào)采集與處理電路5-3輸出數(shù)字或者模擬信號(hào)，為其他負(fù)載提供觸發(fā)信號(hào)。
[0023]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的特征和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種壓電發(fā)電裝置，包括支承座、彈性保護(hù)體、壓電發(fā)電片和電路板，其特征在于:支承座設(shè)有壓電發(fā)電片支承單元和電路板槽，電路板置于電路板槽內(nèi)，壓電發(fā)電片以懸臂支承或者周邊簡(jiǎn)支支承的方式置于支承座的支承單元內(nèi)，壓電發(fā)電片的正負(fù)極通過導(dǎo)線分別與電路板上的電能收集與管理電路的輸入端相連；彈性保護(hù)體與支承座固定連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電發(fā)電裝置，其特征在于:所述壓電發(fā)電片是由彈性金屬基板和壓電材料粘結(jié)而成，在彈性金屬基板的單面或雙面粘結(jié)壓電材料，其形狀為圓形或矩形，其結(jié)構(gòu)為單晶片或雙晶片。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓電發(fā)電裝置，其特征在于:所述壓電發(fā)電片中的彈性金屬基板和壓電材料的厚度為0.05?0.5_。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電發(fā)電裝置，其特征在于:所述壓電發(fā)電片支承單元呈階梯式設(shè)置，中部設(shè)有保護(hù)壓電發(fā)電片的凸臺(tái)，兩端設(shè)有支承壓電發(fā)電片的支承面。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的壓電發(fā)電裝置，應(yīng)用在鞋子中驅(qū)動(dòng)LED燈發(fā)光。6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的壓電發(fā)電裝置，應(yīng)用在鞋子中為可充電電池充電。7.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的壓電發(fā)電裝置，應(yīng)用在鞋子中采集運(yùn)動(dòng)信號(hào)。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種壓電發(fā)電裝置及其應(yīng)用，裝置包括支承座、彈性保護(hù)體、壓電發(fā)電片和電路板，支承座設(shè)有壓電發(fā)電片支承單元和和電路板槽，電路板置于電路板槽內(nèi)，壓電發(fā)電片以懸臂支承或者周邊簡(jiǎn)支支承的方式置于支承座的支承單元內(nèi)，壓電發(fā)電片的正負(fù)極通過導(dǎo)線分別與電路板上的電能收集與管理電路的輸入端相連；彈性保護(hù)體與支承座固定連接。其可應(yīng)用在鞋子中為可充電電池充電、采集運(yùn)動(dòng)信號(hào)和驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光。本發(fā)明通過壓電發(fā)電片將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，經(jīng)過電能收集與管理電路處理后為外部負(fù)載供電。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是：使用壽命長(zhǎng)、成本低、制造簡(jiǎn)單。
【IPC分類】H02N2/18
【公開號(hào)】CN105099264
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410183399
【發(fā)明人】閆世偉, 齊姍姍
【申請(qǐng)人】閆世偉
【公開日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2014年5月4日