CN105680722A - 压电式电能收集装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压电式电能收集装置及方法，该方法包括步骤：压电晶体受到挤压并产生第一电流；压电晶体、第一二极管、正极导线、电容、负极导线及第四二极管形成第一回路，电容通过所述第一回路收集所述第一电流产生的电量；压电晶体恢复到原状并产生第二电流；压电晶体、第三二极管、正极导线、电容、负极导线及第二二极管形成第二回路，电容通过所述第二回路收集所述第二电流产生的电量。本发明通过四个二极管将所述压电晶体产生的交流电转换成直流电，使得所述压电式电能收集装置能够稳定地搜集所述压电晶体产生的电量，有利于电量的汇集，且减少了由于电流输出方向频繁转换导致的电量损耗。
Description
技术领域
本发明涉及电能收集领域，尤其涉及一种压电式电能收集装置及方法。
背景技术
压电装置是利用某些电介质受力后产生的压电效应制成的装置。所谓压电效应是指某些电介质在受到某一方向的外力作用而发生形变时(包括弯曲和伸缩形变)，由于内部电荷的极化现象，会在其表面产生电荷的现象。采用压电装置可以产生电流。
然而，压电装置产生是交流电，使得所述压电装置输出的电流方向频繁转换，导致现有的压电式电能收集装置无法稳定地收集所述压电装置产生的电量。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种压电式电能收集装置及方法，旨在解决现有的压电式电能收集装置无法稳定地收集所述压电装置产生的电量的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种压电式电能收集装置，该压电式电能收集装置包括正极导线、压电晶体、负极导线、电容、与所述压电晶体电连接的第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二级管；
所述第一二极管及第三二极管均与正极导线电连接，所述第二二极管及第四二极管均与负极导线电连接，所述第一二极管与第三二极管的电流传输方向均指向正极导线，所述第二二极管与第四二极管的电流传输方向均指向所述压电晶体，所述正极导线与所述电容的正极连接，所述负极导线与所述电容的负极连接；
当所述压电晶体受到挤压并产生第一电流时，所述第一二极管、正极导线、电容、第四二极管、负极导线及压电晶体形成第一回路；
当所述压电晶体恢复到原状并产生第二电流时，所述压电晶体、第三二极管、正极导线、电容、负极导线及第二二极管形成第二回路；及
所述电容用于通过所述第一回路收集所述第一电流产生的电量，及通过所述第二回路收集所述第二电流产生的电量。
优选的，所述压电式电能收集装置包括覆盖部，所述覆盖部的正面设置一开口，所述压电晶体固定于所述开口并外漏于所述开口。
优选的，所述第一二极管、所述第二二极管、第三二极管及第四二极管设置于所述覆盖部内。
优选的，所述压电式电能收集装置还包括按压部，所述按压部设置于所述覆盖部的正面上方与所述压电晶体对应的位置。
优选的，所述按压部为弹性形变结构。
优选的，所述按压部的上表面还设置有凸起部。
优选的，所述压电式电能收集装置包括并联设置于所述电容两端的微型电压监测单元，所述微型电压监测单元用于监测所述电容两端的电压。
优选的，所述压电式电能收集装置包括与电容串联的开关，该开关与所述电子设备连接，所述开关用于当所述电容两端的电压达到预设电压时，与所述电子设备电路连通，使得所述电容对所述电子设备供电。
另一方面，本发明还提供一种压电式电能收集方法，该方法应用于压电式电能收集装置中，该电能收集装置包括正极导线、压电晶体、负极导线、电容、与所述压电晶体电连接的第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二级管，所述第一二极管及第三二极管均与正极导线电连接，所述第二二极管及第四二极管均与负极导线电连接，所述正极导线与所述电容的正极连接，所述负极导线与所述电容的负极连接，其中，该方法包括步骤：
所述压电晶体受到挤压并产生第一电流；
所述压电晶体、第一二极管、正极导线、电容、负极导线及第四二极管形成第一回路，所述电容通过所述第一回路收集所述第一电流产生的电量；
所述压电晶体恢复到原状并产生第二电流；及
所述压电晶体、第三二极管、正极导线、电容、负极导线及第二二极管形成第二回路，所述电容通过所述第二回路收集所述第二电流产生的电量。
优选的，所述压电式电能收集装置还包括覆盖部及按压部，所述压电晶体、所述第一二极管、所述第二二极管、第三二极管及第四二极管设置于所述覆盖部内，所述按压部设置于所述覆盖部的正面上方与所述压电晶体对应的位置。
相较于现有技术，本发明所述压电式电能收集装置及方法采用上述技术方案，达到了如下技术效果：通过四个二极管将所述压电晶体产生的交流电转换成直流电，使得所述压电式电能收集装置能够稳定地搜集所述压电晶体产生的电量，有利于电量的汇集，且减少了由于电流输出方向频繁转换导致的电量损耗。
附图说明
图1是本发明压电式电能收集装置较佳实施例的结构示意图；
图2是本发明压电式电能收集装置与电子设备连接的较佳实施例的结构示意图；
图3是本发明压电式电能收集装置中压电装置较佳实施例的结构示意图；
图4是本发明压电式电能收集装置与电子设备连接的较佳实施例的电路结构示意图；
图5是本发明利用采用压电式电能收集装置收集电能的方法流程图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成上述目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种压电式电能收集装置，当用户对所述压电式电能收集装置中的压电装置施加压力时产生电流，并由所述压电式电能收集装置中的电容收集所述电流产生的电量，且当所述电容中的电压达到预设电压时，对与该电容连接的电子设备供电。
参考图1所示，图1是本发明压电式电能收集装置(以下简称为“电能收集装置”)较佳实施例的结构示意图。在本实施例中，所述电能收集装置100包括压电装置1及电容2，所述压电装置1与所述电容2电连接。所述压电装置1用于当处于挤压状态(即外界施加压力给所述压电装置1时)时产生电流，及从挤压状态到恢复到原状(即外界施加的压力消失)时产生电流。
所述电能收集装置100产生的电流输入至所述电容2中，并由所述电容2收集所述电流产生的电量。在本实施例中，所述电能收集装置100可以安装于鞋底。具体地说，当用户穿上安装有电能收集装置100的鞋子运动时，用户的脚部挤压鞋底中的压电装置1，使得所述压电装置1产生电流，所述电流输入至所述电容2中，所述电容2收集所述电流产生的电量。
此外，如图2所示，所述电容2还与电子设备3连接，用于为所述电子设备3供电。所述电子设备3可以是，但不限于，温控装置(如，具有制冷及制热功能的珀尔帖)、运动监测装置(例如，具有计步功能、体温监测功能、心率监测功能等)等其它任意合适的电子设备。
进一步地，参阅图3所示，图3是本发明压电式电能收集装置中压电装置较佳实施例的结构示意图。其中，图3(a)为压电装置1的正视图，图3(b)为压电装置1的右透视图，图3(c)为压电装置1的仰透视图，图3(d)为压电装置1的立体图。
所述压电装置1包括正极导线6、按压部7、多个二极管8、凸起部9、压电晶体10、负极导线11及覆盖部12。
其中，所述覆盖部12内设置有所述压电晶体10。所述覆盖部12的正面设置一开口，所述压电晶体10固定于所述开口并外漏于所述开口，所述按压部7设置于所述覆盖部12的正面上方与所述压电晶体10对应的位置，所述按压部7为弹性形变结构。
当所述按压部7受到外界压力(例如，人体的脚部踩踏于所述按压部7的表面)产生弹性形变并挤压所述压电晶体10时，所述压电晶体10受到挤压并产生第一电流。
当所述按压部7受到的外界压力消失时，所述按压部7反弹并恢复原状，所述压电晶体10恢复到原状并产生第二电流。
需要说明的是，所述第一电流及第二电流从所述压电晶体10输出的方向相反，也就是说，所述压电晶体10产生的是交流电。进一步地，在本实施例中，所述按压部7的材质可以是，但不限于，铜合金薄片、不锈钢薄片等其它弹性形变结构的材质。
所述多个二极管8设置于所述覆盖部12内，所述多个二极管8与所述压电晶体10连接，用于将所述压电晶体10产生的交流电转变成直流电。所述多个二极管8与所述压电晶体10的连接关系将在图4中做详细描述。
所述正极导线6及负极导线11穿过所述覆盖部12的内部。
所述按压部7的上表面还设置有所述凸起部9。当所述凸起部9受到外界压力时，所述凸起部9挤压所述按压部7，使得所述按压部7产生弹性形变并接触到所述压电晶体10，所述压电晶体10受到挤压产生第一电流。在所述按压部7的上表面设置有所述凸起部9，可以使得施加于按压部7的外界压力更集中，并使所述按压部7的弹性形变更明显。
需要说明的是，所述覆盖部12的作用在于固定所述压电晶体10，所述按压部7及凸起部9的作用在于使得外界施加的压力更集中于所述压电晶体10。然而，在其它实施例中，所述按压部7、凸起部9及覆盖部12均也可以省略，用户可以直接施加压力并挤压所述压电晶体10，使得所述压电晶体10产生电流。
参考图4所示，图4是本发明压电式电能收集装置与电子设备连接的较佳实施例的电路结构示意图。
所述压电装置1包括四个二极管8，分别为第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3及第三二极管D4。
其中，所述第一二极管D1与第三二极管D3均与正极导线6电连接，所述第二二极管D2与第四二极管D4均与负极导线11电连接，所述第一二极管D1、所述第二二极管D2、第三二极管D3、及第四二极管D4均与所述压电晶体10电连接。所述第一二极管D1与第三二极管D3的电流传输方向均指向正极导线，所述第二二极管D2与第四二极管D4的电流传输方向均指向所述压电晶体10。
所述正极导线6与所述电容2的正极连接，所述负极导线11与所述电容2的负极连接。
当所述压电晶体10受到挤压并产生第一电流时，所述压电晶体10、第一二极管D1、正极导线6、电容2、负极导线11及第四二极管D4形成第一回路。也就是说，所述第一电流通过第一二极管D1输入至正极导线6，并由正极导线6输入至电容2的正极，之后少量的所述第一电流通过电容2的负极及第四二极管D4返回至压电晶体10。
当所述压电晶体10恢复原状并产生第二电流时，所述压电晶体10、第三二极管D3、正极导线6、电容2、负极导线11及第二二极管D2形成第二回路。也就是说，所述第二电流通过第三二极管D3输入至正极导线6，并由正极导线6输入至电容2的正极，之后少量的所述第二电流通过电容2的负极及第二二极管D2返回至压电晶体10。
从上述第一电流及第二电流输入的方向可知，尽管第一电流及第二电流从所述压电晶体10输出的方向相反，所述第一电流及第二电流都是从所述正极导线6输入至所述电容2的正极，并从所述负极导线11返回至所述压电晶体10。也就是说，通过所述第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3及第三二极管D4，可以使得压电晶体10产生的交流电转变成直流电。
所述压电式电能收集装置100还包括一开关，所述开关20与所述电容2并联，当所述电容2的电压达到预设电压时，所述开关20与所述电子设备3连接(即使得所述电容2与所述电子设备3形成电路连通)，所述电容2对所述电子设备3供电。
此外，所述压电式电能收集装置100还包括微型电压监测单元(图4中未示出)，所述微型电压监测单元并联设置于所述电容2的两端，该微型电压监测单元用于监测所述电容2两端的电压并控制所述开关20。具体地说，若所述微型电压监测单元监测到的电压达到预设电压时，控制所述开关20与所述电子设备3电路连通，所述电容2对所述电子设备3供电。
参考图5所示，图5是本发明采用压电式电能收集装置收集电能的方法流程图。在本实施例中，结合图1至图4的描述，该方法包括如下步骤：
步骤S61，当按压部7对压电晶体10施加压力时，所述压电晶体10产生第一电流。
步骤S62，所述第一二极管D1、正极导线6、电容2、第四二极管D4、负极导线11及压电晶体10形成第一回路，所述电容2通过所述第一回路收集所述第一电流产生的电量。
步骤S63，当按压部7松开所述压电晶体10时，所述压电晶体10产生第二电流。
步骤S64，所述压电晶体10、第三二极管D3、正极导线6、电容2、负极导线11及第二二极管D2形成第二回路，所述电容2通过所述第二回路收集所述第二电流产生的电量。
步骤S65，所述电容2判断该电容2上的电压是否达到预设电压。当所述电容2上的电压达到预设电压时，流程进入步骤S66。否则，当所述电容2上的电压没有达到预设电压时，流程返回步骤S61。具体地说，所述电容2两端并联设置有微型电压监测单元，该微型电压监测单元用于监测电容2两端的电压。
步骤S66，所述电容2对与该电容2连接的电子设备3供电。具体地说，当所述微型电压监测单元监测到的电压达到预设电压时，所述微型电压监测单元控制所述开关20电路连通至所述电子设备3，所述电容2对所述电子设备3供电。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效功能变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种压电式电能收集装置，其特征在于，该压电式电能收集装置包括正极导线、压电晶体、负极导线、电容、与所述压电晶体电连接的第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二级管；
所述第一二极管及第三二极管均与正极导线电连接，所述第二二极管及第四二极管均与负极导线电连接，所述第一二极管与第三二极管的电流传输方向均指向正极导线，所述第二二极管与第四二极管的电流传输方向均指向所述压电晶体，所述正极导线与所述电容的正极连接，所述负极导线与所述电容的负极连接；
当所述压电晶体受到挤压并产生第一电流时，所述第一二极管、正极导线、电容、第四二极管、负极导线及压电晶体形成第一回路；
当所述压电晶体恢复到原状并产生第二电流时，所述压电晶体、第三二极管、正极导线、电容、负极导线及第二二极管形成第二回路；及
所述电容用于通过所述第一回路收集所述第一电流产生的电量，及通过所述第二回路收集所述第二电流产生的电量。
2.如权利要求1所述的压电式电能收集装置，其特征在于，所述压电式电能收集装置包括覆盖部，所述覆盖部的正面设置一开口，所述压电晶体固定于所述开口并外漏于所述开口。
3.如权利要求2所述的压电式电能收集装置，其特征在于，所述第一二极管、所述第二二极管、第三二极管及第四二极管设置于所述覆盖部内。
4.如权利要求2所述的压电式电能收集装置，其特征在于，所述压电式电能收集装置还包括按压部，所述按压部设置于所述覆盖部的正面上方与所述压电晶体对应的位置。
5.如权利要求4所述的压电式电能收集装置，其特征在于，所述按压部为弹性形变结构。
6.如权利要求4所述的压电式电能收集装置，其特征在于，所述按压部的上表面还设置有凸起部。
7.如权利要求1至6任意一项所述的压电式电能收集装置，其特征在于，所述压电式电能收集装置包括并联设置于所述电容两端的微型电压监测单元，所述微型电压监测单元用于监测所述电容两端的电压。
8.如权利要求7所述的压电式电能收集装置，其特征在于，所述压电式电能收集装置包括与电容串联的开关，该开关与所述电子设备连接，所述开关用于当所述电容两端的电压达到预设电压时，与所述电子设备电路连通，使得所述电容对所述电子设备供电。
9.一种压电式电能收集方法，该方法应用于压电式电能收集装置中，其特征在于，该电能收集装置包括正极导线、压电晶体、负极导线、电容、与所述压电晶体电连接的第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二级管，所述第一二极管及第三二极管均与正极导线电连接，所述第二二极管及第四二极管均与负极导线电连接，所述正极导线与所述电容的正极连接，所述负极导线与所述电容的负极连接，其中，该方法包括步骤：
所述压电晶体受到挤压并产生第一电流；
所述压电晶体、第一二极管、正极导线、电容、负极导线及第四二极管形成第一回路，所述电容通过所述第一回路收集所述第一电流产生的电量；
所述压电晶体恢复到原状并产生第二电流；及
所述压电晶体、第三二极管、正极导线、电容、负极导线及第二二极管形成第二回路，所述电容通过所述第二回路收集所述第二电流产生的电量。
10.如权利要求9所述的压电式电能收集方法，其特征在于，所述压电式电能收集装置还包括覆盖部及按压部，所述压电晶体、所述第一二极管、所述第二二极管、第三二极管及第四二极管设置于所述覆盖部内，所述按压部设置于所述覆盖部的正面上方与所述压电晶体对应的位置。
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2017
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Patent Citations (5)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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Legal Events
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