專利名稱：基于人體動能激勵的壓電發(fā)電裝置及其發(fā)電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于壓電發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及利用人體動能激勵進行發(fā)電的壓電發(fā)電
裝置及其發(fā)電方法。
背景技術(shù)：
目前，隨著能源需求不斷增大，各種新能源的開發(fā)利用相繼為人們所提出，人體動 能回收同時也漸漸成為科學(xué)研究的熱點。利用人體動能轉(zhuǎn)化為電能，進行發(fā)電，可降低成本 和提高經(jīng)濟效益。傳統(tǒng)的機械電磁式人體發(fā)電結(jié)構(gòu)一般是在鞋底或人體其他部位的裝飾物 上裝上發(fā)電機，從而通過人體動能轉(zhuǎn)化為電能，進行發(fā)電。申請?zhí)枮?99201282. l"的中國 實用新型專利公開了一種腳踏發(fā)電鞋底，由鞋底、傳動輪組、彈簧、齒條、傘齒輪組、飛輪、齒 輪組、發(fā)電機、踏板、充電器構(gòu)成；以上各部件均置于鞋底空腔內(nèi)，飛輪、齒輪組、傳動輪組和 傘齒輪均為軸連接，這種結(jié)構(gòu)是利用人體行走時產(chǎn)生的重力能量轉(zhuǎn)換，通過鞋底內(nèi)的各輪 組機械能轉(zhuǎn)換成電能，從而達到發(fā)電效果。這種結(jié)構(gòu)雖然具有成本低、易于發(fā)電等優(yōu)點，但 這種結(jié)構(gòu)一般是采用傳統(tǒng)的發(fā)電機，而傳統(tǒng)的發(fā)電機存在著容易產(chǎn)生磁干擾、制造復(fù)雜等 缺陷，且比較笨重、不易攜帶等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、合理，可利用
人體動能轉(zhuǎn)化為電能進行發(fā)電，且容易攜帶的基于人體動能激勵的壓電發(fā)電裝置。 本發(fā)明的另一目的在于提供一種由上述基于人體動能激勵的壓電發(fā)電裝置實現(xiàn)
的發(fā)電方法。 本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)一種基于人體動能激勵的壓電發(fā)電裝置， 包括若干個壓電發(fā)電復(fù)合板，每個壓電發(fā)電復(fù)合板包括金屬支承板和壓電元件，所述壓電 元件與金屬支承板的上表面連接，所述金屬支承板和壓電元件均呈現(xiàn)圓弧狀結(jié)構(gòu)；所述若 干個壓電發(fā)電復(fù)合板之間相互疊加連接。 所述壓電發(fā)電裝置還包括彈性支撐體，所述彈性支撐體與金屬支撐板的下表面連 接。當金屬支承板受壓變形時，彈性支撐體可給金屬支承板與壓電元件提供緩沖保護，以免 壓碎。 所述壓電元件為疊層集成壓電陶瓷片，每層沿厚度方向極化，且層與層之間并聯(lián) 連接。 所述疊層集成壓電陶瓷片的層與層之間相互通過環(huán)氧樹脂粘接或燒結(jié)連接，所述 彈性支撐體通過環(huán)氧樹脂粘貼在壓電發(fā)電復(fù)合板的下表面。
所述彈性支撐體呈現(xiàn)長方形狀或圓弧狀結(jié)構(gòu)。 所述彈性支撐體的材料為橡膠，所述金屬支承板的材料為彈性銅片。 所述彈性支撐體為若干個，設(shè)置在壓電發(fā)電復(fù)合板下表面的兩端，或沿壓電發(fā)電
復(fù)合板下表面的周邊設(shè)置。
所述彈性支撐體為若干個，設(shè)置在壓電發(fā)電復(fù)合板下表面的中部，或設(shè)置在壓電 發(fā)電復(fù)合板下表面的兩端及中部。 所述金屬支承板呈現(xiàn)開口向下的空腔殼體狀，并在空腔的下沿外表面設(shè)有凸緣；
所述壓電元件粘貼在金屬支承板上表面的外側(cè)面。由于金屬支承板為殼體結(jié)構(gòu)，當有外載
荷作用于金屬支承板時，金屬支承板受壓產(chǎn)生彎曲變形，其空腔結(jié)構(gòu)可利于金屬支承板受
力變形，并使得其變形得到一定的緩沖保護，以免壓碎，其作用相當于彈性支撐體的作用。 由上述的基于人體動能激勵的壓電發(fā)電裝置實現(xiàn)的發(fā)電方法人體給壓電發(fā)電復(fù)
合板輸入動能激勵，所述壓電元件、金屬支承板和彈性支撐體均受壓產(chǎn)生彎曲變形，壓電元
件沿厚度方向極化，并在壓電效應(yīng)的作用下，極化方向產(chǎn)生交變電場。 本發(fā)明的作用原理是本發(fā)明的壓電發(fā)電裝置一般安裝于人們?nèi)粘Ｉ钪械男?br> 墊、鞋底來使用，將人們?nèi)粘Ｐ凶哌\動的部分能量收集并轉(zhuǎn)換為電能，其所提供的電能可用
于隨身攜帶的手機、MP3、收音機等便攜式小電器的供電。當人體向下踏步時，人體給壓電發(fā)
電復(fù)合板輸入動能激勵，壓電發(fā)電復(fù)合板產(chǎn)生彎曲變形，即壓電元件(壓電陶瓷片)與金屬
支承板受壓產(chǎn)生壓縮變形，彈性支撐體也沿厚度方向壓縮，壓電元件的極化面產(chǎn)生電荷，同
時彈性支撐體給金屬支承板與壓電元件提供緩沖保護，以免壓碎；當人體抬腿動作時，人體
動能激勵釋放，即壓力釋放，壓電元件與金屬支承板復(fù)位，極化方向的電場消失，同時彈性
支撐體的恢復(fù)力有利于壓電元件與金屬支承板復(fù)位。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果 1、本發(fā)明的壓電發(fā)電裝置無磁芯、無銅導(dǎo)線繞制線圈，故不會產(chǎn)生磁干擾，發(fā)電效率高。 2、本發(fā)明的壓電發(fā)電裝置可利用人體動能輸入激勵發(fā)電，可大大降低發(fā)電成本， 大大提高發(fā)電效率。 3、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、環(huán)保衛(wèi)生、實用性強，易于生產(chǎn)加工。 4、本發(fā)明的發(fā)電機采用的金屬材料比較輕，使用和攜帶都很方便，不會顯得笨重，
可安裝于人們?nèi)粘Ｉ钪械男瑝|、鞋底，將人們?nèi)粘Ｐ凶哌\動的部分能量收集并轉(zhuǎn)換為電
能，其所提供的電能可用于隨身攜帶的手機、MP3、收音機等便攜式小電器的供電。 5、本發(fā)明的發(fā)電方法利用人體動能激勵發(fā)電，可有效提供發(fā)電效率及經(jīng)濟效益，
具有環(huán)保性。 6、與傳統(tǒng)的機械電磁式人體發(fā)電結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明利用了多層壓電陶瓷的正壓電 效應(yīng)，將人體的運動機械能轉(zhuǎn)換為電能，具有清潔無污染、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，其多層結(jié)構(gòu)在 單層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提高了發(fā)電效率，使其應(yīng)用范圍更加廣泛。


圖1是本發(fā)明的第一種結(jié)構(gòu)，其中圖(a)為俯視圖，圖(b)為縱向剖視圖,
圖2是本發(fā)明的第二種結(jié)構(gòu)，其中圖(a)為俯視圖，圖(b)為縱向剖視圖,
圖3是本發(fā)明的第三種結(jié)構(gòu)，其中圖(a)為俯視圖，圖(b)為縱向剖視圖,
圖4是本發(fā)明的第四種結(jié)構(gòu)，其中圖(a)為俯視圖，圖(b)為縱向剖視圖,
圖5是本發(fā)明的第五種結(jié)構(gòu)，其中圖(a)為俯視圖，圖(b)為縱向剖視圖,
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。 實施例1 圖1示出了本實施例的具體結(jié)構(gòu)圖，本基于人體動能激勵的壓電發(fā)電裝置包括若干個壓電發(fā)電復(fù)合板，如圖1(b)所示，每個壓電發(fā)電復(fù)合板包括金屬支承板2和壓電元件3，所述壓電元件3與金屬支承板2的上表面連接，所述金屬支承板2和壓電元件3均呈現(xiàn)圓弧狀結(jié)構(gòu)，如圖l(a)所示；所述若干個壓電發(fā)電復(fù)合板之間相互疊加連接。本裝置還包括彈性支撐體l，所述彈性支撐體與金屬支撐板的下表面連接，如圖l(b)所示。
壓電元件3為疊層集成壓電陶瓷片，每層沿厚度方向極化，且層與層之間并聯(lián)連接；疊層集成壓電陶瓷片的層與層之間相互通過環(huán)氧樹脂粘接或燒結(jié)連接，彈性支撐體1通過環(huán)氧樹脂粘貼在壓電發(fā)電復(fù)合板的金屬支承板2下表面。 彈性支撐體1呈現(xiàn)圓弧狀結(jié)構(gòu)，如圖1 (a)所示；彈性支撐體1的個數(shù)為一個，設(shè)置在壓電發(fā)電復(fù)合板的下表面。 彈性支撐體1的材料為橡膠，金屬支承板2的材料為彈性銅片。 上述基于人體動能激勵的壓電發(fā)電裝置的發(fā)電方法為人體給壓電發(fā)電復(fù)合板輸
入動能激勵，所述壓電元件3、金屬支承板2和彈性支撐體1均受壓產(chǎn)生彎曲變形，壓電元件
3沿厚度方向極化，并在壓電效應(yīng)的作用下，極化方向產(chǎn)生交變電場。 實施例2 本實施例除下述特征外同實施例1 :如圖2(a)所示，所述金屬支承板2和壓電元件3均呈現(xiàn)圓弧狀結(jié)構(gòu)；如圖2(b)所示，彈性支撐體4呈現(xiàn)長方形狀結(jié)構(gòu)；彈性支撐體4的個數(shù)為一個，設(shè)置在壓電發(fā)電復(fù)合板的金屬支承板2的下表面的中部，使壓電發(fā)電復(fù)合板
與彈性支撐體形成中間簡支的彈性結(jié)構(gòu)。
實施例3 本實施例除下述特征外同實施例1 :如圖3(b)所示，彈性支撐體為兩個，設(shè)置在壓電發(fā)電復(fù)合板下表面的兩端，即粘貼在金屬支承板2下表面的兩端，使壓電發(fā)電復(fù)合板與彈性支撐體形成兩端簡支的彈性結(jié)構(gòu)；彈性支撐體5、6呈現(xiàn)長方形狀結(jié)構(gòu)；如圖3(a)所示，所述金屬支承板2和壓電元件3均呈現(xiàn)圓弧狀結(jié)構(gòu)。
實施例4 本實施例除下述特征外同實施例1 :如圖4(b)所示，彈性支撐體為三個，設(shè)置在壓電發(fā)電復(fù)合板下表面的兩端及中部，即粘貼在金屬支承板2下表面的兩端以及中部，使壓電發(fā)電復(fù)合板與彈性支撐體形成中間與兩端同時簡支的彈性結(jié)構(gòu)；彈性支撐體7、8、9呈現(xiàn)長方形狀結(jié)構(gòu)；如圖4(a)所示，所述金屬支承板2和壓電元件3均呈現(xiàn)圓弧狀結(jié)構(gòu)。
實施例5 本實施例除下述特征外同實施例1 :如圖5 (b)所示，所述金屬支承板10呈現(xiàn)開口向下的空腔殼體狀，并在空腔12的下沿外表面設(shè)有凸緣11 ;所述壓電元件3粘貼在金屬支承板10上表面的外側(cè)面，形成四周簡支的彈性結(jié)構(gòu)；如圖5(a)所示，金屬支承板10、壓電元件3均呈現(xiàn)圓弧狀結(jié)構(gòu)。當人體行走時，則人體給壓電發(fā)電復(fù)合板輸入動能激勵，發(fā)電振子產(chǎn)生彎曲變形，并在壓電效應(yīng)的作用下，極化方向產(chǎn)生交變電場。
5
本實施例的基于人體動能激勵的壓電發(fā)電裝置的發(fā)電方法為人體給壓電發(fā)電復(fù)合板輸入動能激勵，所述壓電元件和金屬支承板均受壓產(chǎn)生彎曲變形，壓電元件沿厚度方向極化，并在壓電效應(yīng)的作用下，極化方向產(chǎn)生交變電場。當人體向下踏步時，人體給壓電發(fā)電復(fù)合板輸入動能激勵，壓電發(fā)電復(fù)合板產(chǎn)生彎曲變形，即壓電元件3與金屬支承板10受壓產(chǎn)生壓縮變形，由于金屬支承板10為空腔殼體結(jié)構(gòu)，其空腔12給金屬支承板10提供緩沖保護，以免壓碎；同時，金屬支承板10沿厚度方向壓縮，壓電元件3的極化面產(chǎn)生電荷，形成交變電場；當人體抬腿動作時，人體動能激勵釋放，即壓力釋放，壓電元件3與金屬支承板10復(fù)位，極化方向的電場消失，同時金屬支承板10的空腔12的恢復(fù)力有利于壓電元件3與金屬支承板10復(fù)位。 上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種基于人體動能激勵的壓電發(fā)電裝置，其特征在于包括若干個壓電發(fā)電復(fù)合板，每個壓電發(fā)電復(fù)合板包括金屬支承板和壓電元件，所述壓電元件與金屬支承板的上表面連接，所述金屬支承板和壓電元件均呈現(xiàn)圓弧狀結(jié)構(gòu)；所述若干個壓電發(fā)電復(fù)合板之間相互疊加連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于人體動能激勵的壓電發(fā)電裝置，其特征在于所述壓電發(fā)電裝置還包括彈性支撐體，所述彈性支撐體與金屬支撐板的下表面連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于人體動能激勵的壓電發(fā)電裝置，其特征在于所述壓電元件為疊層集成壓電陶瓷片，每層沿厚度方向極化，且層與層之間并聯(lián)連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于人體動能激勵的壓電發(fā)電裝置，其特征在于所述疊層集成壓電陶瓷片的層與層之間相互通過環(huán)氧樹脂粘接或燒結(jié)連接，所述彈性支撐體通過環(huán)氧樹脂粘貼在壓電發(fā)電復(fù)合板的下表面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于人體動能激勵的壓電發(fā)電裝置，其特征在于所述彈性支撐體呈現(xiàn)長方形狀或圓弧狀結(jié)構(gòu)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于人體動能激勵的壓電發(fā)電裝置，其特征在于所述彈性支撐體的材料為橡膠，所述金屬支承板的材料為彈性銅片。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于人體動能激勵的壓電發(fā)電裝置，其特征在于所述彈性支撐體為若干個，設(shè)置在壓電發(fā)電復(fù)合板下表面的兩端，或沿壓電發(fā)電復(fù)合板下表面的周邊設(shè)置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于人體動能激勵的壓電發(fā)電裝置，其特征在于所述彈性支撐體為若干個，設(shè)置在壓電發(fā)電復(fù)合板下表面的中部，或設(shè)置在壓電發(fā)電復(fù)合板下表面的兩端及中部。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于人體動能激勵的壓電發(fā)電裝置，其特征在于所述金屬支承板呈現(xiàn)開口向下的空腔殼體狀，并在空腔的下沿外表面設(shè)有凸緣；所述壓電元件粘貼在金屬支承板上表面的外側(cè)面。
10. 由權(quán)利要求2 8任一項所述的基于人體動能激勵的壓電發(fā)電裝置實現(xiàn)的發(fā)電方法，其特征在于人體給壓電發(fā)電復(fù)合板輸入動能激勵，所述壓電元件、金屬支承板和彈性支撐體均受壓產(chǎn)生彎曲變形，壓電元件沿厚度方向極化，并在壓電效應(yīng)的作用下，極化方向產(chǎn)生交變電場。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于人體動能激勵的壓電發(fā)電裝置，包括若干個壓電發(fā)電復(fù)合板，每個壓電發(fā)電復(fù)合板包括金屬支承板和壓電元件，所述壓電元件與金屬支承板的上表面連接，所述金屬支承板和壓電元件均呈現(xiàn)圓弧狀結(jié)構(gòu)；所述若干個壓電發(fā)電復(fù)合板之間相互疊加連接；本裝置還包括彈性支撐體，所述彈性支撐體與金屬支撐板的下表面連接。本發(fā)明還提供了前述壓電發(fā)電裝置的發(fā)電方法，利用人體動能作為激勵進行發(fā)電。本發(fā)明具有無磁芯、無銅導(dǎo)線繞制線圈、不產(chǎn)生磁干擾、發(fā)電效率高、環(huán)保衛(wèi)生、攜帶方便等優(yōu)點，可安裝于鞋墊、鞋底，用于手機、MP3、收音機等便攜式小電器的供電。
文檔編號H02N2/18GK101728975SQ20091021456
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者張鐵民, 梁莉, 陳柱子 申請人:華南農(nóng)業(yè)大學(xué)