CN105099264A - 一种压电发电装置及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种压电发电装置及其应用，装置包括支承座、弹性保护体、压电发电片和电路板，支承座设有压电发电片支承单元和和电路板槽，电路板置于电路板槽内，压电发电片以悬臂支承或者周边简支支承的方式置于支承座的支承单元内，压电发电片的正负极通过导线分别与电路板上的电能收集与管理电路的输入端相连；弹性保护体与支承座固定连接。其可应用在鞋子中为可充电电池充电、采集运动信号和驱动LED发光。本发明通过压电发电片将机械能转换成电能，经过电能收集与管理电路处理后为外部负载供电。本发明优点是：使用寿命长、成本低、制造简单。

Description

一种压电发电装置及其应用
技术领域
本发明涉及发电装置，具体是一种能为可充电电池充电、采集运动信号和驱动LED发光的压电发电装置。
背景技术
随着电子产品集成化的提高和功耗的降低，传统的电池因其体积大、使用寿命短而逐渐不能满足使用要求；同时，电池含有重金属，废旧电池处理不当会造成严重的环境污染。因此，人们开始寻求电池的替代品—人力发电装置（humanpoweredenergygenerator），其目的是在某些特殊的应用领域替代电池或自动为电池充电。用于微功率电子产品的各种新的微型发电装置（或称微型发电机Micro-generator）的研究已经成为国际上一个新的热点，如电磁、热电及压电等。现有的电磁式振动发电机，其克服了电容式发电机开始工作时需要外部电源推动的缺点，但其结构较复杂，成本高，且线圈与磁铁分离，难以微型化。而压电发电装置具有结构简单、不发热、无电磁干扰、易于加工制作和实现结构上的微小化、集成化等优点。
发明内容
本发明的目的是提供一种压电发电装置及其应用，具有结构简单、易于制造、成本低的优点，解决了目前大部分压电发电装置结构复杂和成本高的问题。还可将压电发电装置应用在鞋子中为可充电电池充电、采集运动信号和驱动LED发光。将其置于鞋底内，随着人的走动，可将人体运动的机械能转化为电能为外部负载供电。
本发明采取的技术方案是：
一种压电发电装置，包括支承座、弹性保护体、压电发电片和电路板，支承座设有压电发电片支承单元和和电路板槽，电路板槽根据实际需要可以设在支承座内合适的部位，电路板置于电路板槽内，压电发电片以悬臂支承或者周边简支支承的方式置于支承座的支承单元内，压电发电片的正负极通过导线分别与电路板上的电能收集与管理电路的输入端相连；弹性保护体与支承座固定连接。
所述压电发电片是由弹性金属基板和压电材料粘结而成，可在弹性金属基板的单面或双面粘结压电材料，其形状为圆形或矩形，其结构为单晶片或双晶片。
所述压电发电片的弹性金属基板和压电材料的厚度为0.05～0.5mm。
所述压电发电片支承单元呈阶梯式设置，中部设有保护压电发电片的凸台，两端设有支承压电发电片的支承面。
所述压电发电片可以是1片也可以是多片置于支承单元内，当有外力作用到弹性保护体时，弹性保护体发生弯曲变形促使压电发电片发生弯曲变形；当外力撤掉时，弹性保护体和压电发电片恢复至变形前的位置，压电发电装置一次发电周期结束。
本发明压电发电装置通过压电发电片将机械能转换成电能，经过电能收集与管理电路处理后为外部负载供电，负载可为LED灯、电路或者可充电电池。
本发明优点在于：结构简单、易于制造、成本低、性能可靠，可取代电池作为鞋灯的供电装置，也可以作为传感器采集运动信号，还可以为可充电电池充电。
附图说明
图1是本发明压电发电装置的剖视图；
图2是本发明压电发电装置的实施例1的爆炸图；
图3是本发明压电发电装置的实施例1的俯视图；
图4是本发明压电发电装置的实施例2的俯视图；
图5是本发明压电发电装置应用在鞋子中驱动LED灯的安装实例图；
图6是本发明压电发电装置应用在鞋子中为可充电电池充电的安装实例图；
图7是本发明压电发电装置应用在鞋子中采集运动信号的安装实例图。
图中，1.弹性保护体　2.压电发电片　2-1.弹性金属基板　2-2.压电材料3.支承座　3-1.支承单元　3-2.电路板槽　3-3.凸台　4.电路板　5.负载　5-1.LED灯5-2.可充电电池5-3.运动信号采集与处理电路　6.导线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步的说明，但不是对本发明的限定。
实施例1
参照图1，一种压电发电装置，包括支承座3、弹性保护体1、压电发电片2和电路板4，支承座3设有压电发电片支承单元3-1和和电路板槽3-2，电路板4置于电路板槽3-2内，压电发电片2以悬臂支承或者周边简支支承的方式置于支承座的支撑单元3-1的支承面上，压电发电片2的正负极通过导线6分别与电路板4上的电能收集与管理电路的输入端相连；弹性保护体1与支承座3固定连接。
压电发电片2是由弹性金属基板2-1和压电材料2-2粘结而成，可在弹性金属基板2-1的单面或双面粘结压电材料2-2，其结构为单晶片或双晶片。
压电发电片2中的弹性金属基板2-1和压电材料2-2的厚度为0.05～0.5mm。
压电发电片支承座3呈阶梯式设置，中部设有保护压电发电片2的凸台3-3，两端设有支承压电发电片的支承面。
参照图1、图2、图3，压电发电片2的形状为圆形，设置在支承座3的圆形梯形槽支承单元3-1的支撑面上，采用周边简支支承方式，压电发电片2的变形量受支承座3内的凸台3-3限制，电路板4置于电路板槽3-2内，圆形的压电发电片2用导线6与电路板4的电源管理电路输入端相连，电路板4的输出端用导线6与负载5相连，弹性保护体1与支承座3用胶水固定连接。
实施例2
参照图1、图2和图4，压电发电片2的形状为矩形，设置在支承座3的矩形梯形槽支承单元3-1的支承面上，采用两端简支支承方式。其余同实施例1。
参照图5，将本发明压电发电装置应用在鞋子后脚跟驱动LED灯的安装实例。其工作原理是：当穿着行走时，后脚跟着地用力，力作用在弹性保护体1上，减缓对压电发电片2的冲击，同时弹性保护体1与压电发电片2接触并使压电发电片2产生变形，当变形一定程度后，受支承座3内的凸台3-3的限制，压电发电片2产生电能经电路板4上的电源管理电路处理后使LED灯5-1发光，当后脚跟抬起时，压电发电片2恢复形变又产生电能经电路板4上的电源管理电路处理后使LED灯5-1发光，根据电路板4上电源管理电路的设置情况，LED灯5-1可实现周期性的闪光或者持续发光，发光元件可采用发光二极管。
参照图6，将本发明压电发电装置应用在鞋子后脚跟为可充电电池充电的安装实例。其工作原理是：当穿着行走时，后脚跟着地用力，力作用在弹性保护体1上，减缓对压电发电片2的冲击，同时弹性保护体1与压电发电片2接触并使压电发电片2产生变形，当变形一定程度后，受支承座3内的凸台3-3的限制，压电发电片2产生电能经电路板4上的电源管理电路处理后为可充电电池5-2充电，当后脚跟抬起时，压电发电片2恢复形变又产生电能经电路板4上的电源管理电路处理后为可充电电池5-2充电。
参照图7，将本发明压电发电装置应用在鞋子中采集运动信号的安装实例。本发明压电发电装置通过电源管理电路来实现采集运动信号的功能，且无需外部供电，就可以实现数字或者模拟信号输出。其工作原理是：当穿着行走时，后脚跟着地用力，力作用在弹性保护体1上，减缓对压电发电片2的冲击，同时弹性保护体1与压电发电片2接触并使压电发电片2产生变形发电，当变形一定程度后，受支承座3内的凸台3-3的限制保护，当后脚跟抬起时，压电发电片2恢复形变又产生电能，脚后跟着地和抬起使压电发电片弯曲变形所产生的电能经电路板4上的电源管理电路处理后为运动信号采集与处理电路5-3提供电能，运动信号采集与处理电路5-3输出数字或者模拟信号，为其他负载提供触发信号。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的特征和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种压电发电装置，包括支承座、弹性保护体、压电发电片和电路板，其特征在于：支承座设有压电发电片支承单元和电路板槽，电路板置于电路板槽内，压电发电片以悬臂支承或者周边简支支承的方式置于支承座的支承单元内，压电发电片的正负极通过导线分别与电路板上的电能收集与管理电路的输入端相连；弹性保护体与支承座固定连接。
2.根据权利要求1所述的压电发电装置，其特征在于：所述压电发电片是由弹性金属基板和压电材料粘结而成，在弹性金属基板的单面或双面粘结压电材料，其形状为圆形或矩形，其结构为单晶片或双晶片。
3.根据权利要求2所述的压电发电装置，其特征在于：所述压电发电片中的弹性金属基板和压电材料的厚度为0.05～0.5mm。
4.根据权利要求1所述的压电发电装置，其特征在于：所述压电发电片支承单元呈阶梯式设置，中部设有保护压电发电片的凸台，两端设有支承压电发电片的支承面。
5.根据权利要求1-4任一项所述的压电发电装置，应用在鞋子中驱动LED灯发光。
6.根据权利要求1-4任一项所述的压电发电装置，应用在鞋子中为可充电电池充电。
7.根据权利要求1-4任一项所述的压电发电装置，应用在鞋子中采集运动信号。
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