一种脚部机械能采集装置及其采集方法制造方法及图纸

技术编号:22332937 阅读:24 留言:0更新日期:2019-10-19 12:49
本发明专利技术公开了一种脚部机械能采集装置,包括矩形安装架,沿安装架的中心轴依次设置有圆柱形通孔和U型空腔,通孔内设置有压块,空腔内设置有U型板,U型板的横板设置在安装架底部,压块底部依次设置有第一磁极,和压电薄膜,压电薄膜的下表面设置有第一电极,第一电极设置在U型板的竖板端部,U型板的横板内表面依次设置有第二电极和摩擦薄膜,第一电极和第二电极均连接有导线,安装架设置有导线引出孔,且引出导线,U型板的底部安装有横截面为工字型的底板,底板的竖杆上缠绕有电磁感应线圈,底板的底部粘贴有第二磁极。本发明专利技术还公开上述采集装置的采集方法,通过压电薄膜、摩擦薄膜及电磁感应线圈的相互作用,将人体脚部的机械能转化成电能。

A foot mechanical energy acquisition device and its acquisition method

【技术实现步骤摘要】
一种脚部机械能采集装置及其采集方法
本专利技术属于机械转化
,具体涉及一种脚部机械能采集装置,本专利技术还涉及上述脚部机械能采集装置的采集方法。
技术介绍
智能可穿戴电子器件是新兴的一类智能产品。目前,智能可穿戴电子器件和无线传感器的供电主要是依靠锂离子电池,但是由于其寿命有限,还存在污染环境的潜在风险,使得智能可穿戴产品和无线传感器的发展受到一定的影响。人体具有充沛的能量,从人体运动收集的生物机械能完全可以用来代替电池给智能可穿戴电子器件和无线传感供电。但是,利用人体能量时,不能做其他工作,而且能量转换不能持续,因此迫切需要设计一种利用人体日常行动产生能量的设备,实现将机械能转化为电能,并对智能可穿戴产品和无线传感器持续供电。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种脚部机械能采集装置,解决了现有技术中存在的智能可穿戴电子器件的供电器件寿命短、污染环境、人体能量转换难以持久的问题。本专利技术的另一目的是提供上述采集装置的制造方法。本专利技术所采用的技术方案是,一种脚部机械能采集装置,包括矩形安装架,沿安装架的中心轴依次设置有圆柱形通孔和U型空腔,空腔的开口端朝向安装架底部,通孔内设置有与之相匹配的压块,空腔内设置有与之相匹配的U型板,U型板的横板设置在安装架底部,压块底部设置有第一磁极,第一磁极的底部接触有压电薄膜,压电薄膜的下表面设置有第一电极,第一电极设置在U型板的竖板端部,U型板的横板内表面依次设置有第二电极和摩擦薄膜,第一电极和第二电极均连接有导线,安装架设置有导线引出孔,导线均通过导线引出孔引出,U型板的底部安装有横截面为工字型的底板,底板的竖杆上缠绕有电磁感应线圈,底板的底部粘贴有第二磁极。本专利技术的特点还在于:压块的顶部设置有圆柱形凸块,凸块与压块同轴线,凸块的直径不大于压块的直径。第一磁极与第二磁极均为圆柱形磁铁片,第一磁极与第二磁极的同极相对设置。第一电极为铝电极,且为正极;第二电极为铜电极,且为负极。压电薄膜的上、下表面均粘贴有至少一个第三电极,两个第三电极均设置有导线,导线通过导线引出孔引出,两个第三电极的外侧均设置有衬底,两个衬底分别与第一磁极和第一电极相接触,衬底为聚酰亚胺薄膜。第三电极包括铝电极或者导电银浆。压电薄膜、第三电极及衬底均为矩形状,第三电极的长度和宽度均小于压电薄膜的长度和宽度,压电薄膜的长度小于衬底的长度,压电薄膜的宽度与衬底的宽度相同。U型板为亚克力板。本专利技术所采用的另一技术方案是,上述脚部机械能采集装置的采集方法,具体按照以下步骤实施:步骤1、第三电极的导线连接有全波桥式二极管整流电路a的接线端口;第一电极和第二电极的导线分别连接有全波桥式二极管整流电路b接线端口;电磁感应线圈连接有全波桥式二极管整流电路c接线端口;步骤2、将步骤1的采集装置放置到人体脚部,行走时,脚部下压凸块,带动压块下压至压电薄膜,压电薄膜产生形变,通过第三电极将电荷传输到全波桥式二极管整流电路a,同时,第一电极与摩擦薄膜相接触,第一电极和第二电极均将电荷传输到全波桥式二极管整流电路b;步骤3压块继续下压,直至第一磁极靠近第二磁极,电磁感应线圈内产生正向感应电流,电磁感应线圈将电荷传输到全波桥式二极管整流电路c;步骤4、脚部抬起,第一磁极与第二磁极相斥,带动压块逐渐弹起,第一电极和摩擦薄膜分离,同时,压电薄膜恢复形变;步骤5、压块弹回至初始位置,第三电极、第一电极、第二电极及电磁感应线圈均停止电荷输出,此时,完成一个循环的电能储存,重复步骤2~4,采集装置将人体脚部的机械能转化成电能。本专利技术的特点还在于:全波桥式二极管整流电路a、全波桥式二极管整流电路b和全波桥式二极管整流电路c结构相同。本专利技术的有益效果是:本专利技术一种脚部机械能采集装置,采用第一磁极与第二磁极代替传统的弹簧-质量块模型,通过压块的往复运动来实现压电薄膜由形变到恢复、摩擦层即第一电极、摩擦薄膜及第二电极由接触到分离、电磁感应线圈磁通量变化3种方式将人体脚部的机械能转化成电能;本专利技术一种脚部机械能采集装置中的U型板可将压电薄膜和摩擦摩擦层集成在一起,极大地缩小了空间,使装置便于安装在脚底;本专利技术一种脚部机械能采集装置,结构简单、成本低、能量转化效率高。附图说明图1是本专利技术一种脚部机械能采集装置的剖视图;图2是本专利技术一种脚部机械能采集装置的结构示意图;图3是本专利技术压电薄膜输出的电压波形图;图4是本专利技术摩擦薄膜输出的电压波形图;图5是本专利技术电磁感应线圈输出的电压波形图;图6是本专利技术全波桥式二极管整流电路图。图中,1.压块,2.安装架,3.第一磁极,4.压电薄膜,5.第一电极,6.底板,7.电磁感应线圈,8.第二电极,9.摩擦薄膜,10.U型板,11.第二磁极,12.第三电极。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术一种脚部机械能采集装置,如图1、2所示,包括矩形安装架2,沿安装架2的中心轴依次设置有圆柱形通孔和U型空腔,空腔的开口端朝向安装架2底部,通孔内设置有与之相匹配的压块1,空腔内设置有与之相匹配的U型板10,其中,U型板10为亚克力板;U型板10的横板设置在安装架2底部,压块1底部设置有第一磁极3,第一磁极3的底部接触有压电薄膜4,压电薄膜4的下表面设置有第一电极5,第一电极5设置在U型板10的竖板端部,U型板10的横板内表面依次设置有第二电极8和摩擦薄膜9,第一电极5和第二电极8均连接有导线,安装架2本体设置有导线引出孔,导线均通过导线引出孔引出,U型板10的底部安装有横截面为工字型的底板6,底板6的竖杆上缠绕有电磁感应线圈7,底板6的底部粘贴有第二磁极11;第一磁极3与第二磁极11均为圆柱形磁铁片,第一磁极3与第二磁极11的同极相对设置。其中,压块1的顶部设置有圆柱形凸块,凸块与压块1同轴线,凸块的直径不大于压块1的直径;第一电极5为铝电极,且为正极,第二电极8为铜电极,且为负极;压电薄膜4的上、下表面均粘贴有至少一个第三电极12,第三电极12包括铝电极或者导电银浆,两个第三电极12均设置有导线,导线通过导线引出孔引出,两个第三电极12的外侧均设置有衬底,两个衬底分别与第一磁极3和第一电极5相接触,其中,衬底为聚酰亚胺薄膜。压电薄膜4、第三电极12及衬底均为矩形状,第三电极12的长度和宽度均小于压电薄膜4的长度和宽度,压电薄膜4的长度小于衬底的长度,压电薄膜4的宽度与衬底的宽度相同。本专利技术一种脚部机械能采集装置中主要部件的作用分别如下:压块1:压块1的下压动作确保了压电薄膜4的充分形变,同时,也使第一电极5和摩擦薄膜9充分接触,为电荷的有效转移提供基础;第三电极12:其为压电薄膜4的表面电极,用于压电薄膜4产生形变的电荷传输的媒介;衬底:衬底是压电薄膜4的基板,使压电薄膜4在弯曲或释放期间在其整个体积中具有压缩或拉伸应力,提高了施加在压电薄膜4中的有效应变水平,并且在压块1被弹起后将压电薄膜4的形状恢复到原始状态。本专利技术一种脚部机械能采集装置,其工作原理如下:将第三电极12的导线与全波桥式二极管整流电路a的接线端口相连接,第一电极5和第二电极8的导线分别与全波桥式二极管整流电路b的接线端口相连接,电磁感应线圈7与全波桥式二极管整流电路c的接线端口相连接;再将脚部机械能采集装置放置到脚跟;人体脚本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脚部机械能采集装置,其特征在于,包括矩形安装架(2),沿所述安装架(2)的中心轴依次设置有圆柱形通孔和U型空腔,所述空腔的开口端朝向安装架(2)底部,所述通孔内设置有与之相匹配的压块(1),所述空腔内设置有与之相匹配的U型板(10),所述U型板(10)的横板设置在安装架(2)底部,所述压块(1)底部设置有第一磁极(3),所述第一磁极(3)的底部接触有压电薄膜(4),所述压电薄膜(4)的下表面设置有第一电极(5),所述第一电极(5)设置在U型板(10)的竖板端部,所述U型板(10)的横板内表面依次设置有第二电极(8)和摩擦薄膜(9),所述第一电极(5)和第二电极(8)均连接有导线,所述安装架(2)设置有导线引出孔,所述导线均通过导线引出孔引出,所述U型板(10)的底部安装有横截面为工字型的底板(6),所述底板(6)的竖杆上缠绕有电磁感应线圈(7),所述底板(6)的底部粘贴有第二磁极(11)。

【技术特征摘要】
1.一种脚部机械能采集装置,其特征在于,包括矩形安装架(2),沿所述安装架(2)的中心轴依次设置有圆柱形通孔和U型空腔,所述空腔的开口端朝向安装架(2)底部,所述通孔内设置有与之相匹配的压块(1),所述空腔内设置有与之相匹配的U型板(10),所述U型板(10)的横板设置在安装架(2)底部,所述压块(1)底部设置有第一磁极(3),所述第一磁极(3)的底部接触有压电薄膜(4),所述压电薄膜(4)的下表面设置有第一电极(5),所述第一电极(5)设置在U型板(10)的竖板端部,所述U型板(10)的横板内表面依次设置有第二电极(8)和摩擦薄膜(9),所述第一电极(5)和第二电极(8)均连接有导线,所述安装架(2)设置有导线引出孔,所述导线均通过导线引出孔引出,所述U型板(10)的底部安装有横截面为工字型的底板(6),所述底板(6)的竖杆上缠绕有电磁感应线圈(7),所述底板(6)的底部粘贴有第二磁极(11)。2.如权利要求1所述的一种脚部机械能采集装置,其特征在于,所述压块(1)的顶部设置有圆柱形凸块,所述凸块与压块(1)同轴线,所述凸块的直径不大于压块(1)的直径。3.如权利要求1所述的一种脚部机械能采集装置,其特征在于,所述第一磁极(3)与第二磁极(11)均为圆柱形磁铁片,所述第一磁极(3)与第二磁极(11)的同极相对设置。4.如权利要求1所述的一种脚部机械能采集装置,其特征在于,所述第一电极(5)为铝电极,且为正极;所述第二电极(8)为铜电极,且为负极。5.如权利要求1所述的一种脚部机械能采集装置,其特征在于,所述压电薄膜(4)的上、下表面均粘贴有至少一个第三电极(12),两个所述第三电极(12)均设置有导线,所述导线通过导线引出孔引出,两个所述第三电极(12)的外侧均设置有衬底,两个所述衬底分别与第一磁极(3)和第一电极(5)相接触,所述衬底为聚酰亚胺薄膜。6.如权利要求5所述的一种脚部机械能采集装置,其特征在于,所述第三电极(12)包括铝电极或者导电银...

【专利技术属性】
技术研发人员:肖渊刘进超陈驰张威贠伟博杨楠楠
申请(专利权)人:西安工程大学
类型:发明
国别省市:陕西,61

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