CN108134538A - 一种穿戴式设备自供电能量采集 - Google Patents
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Abstract
本发明属于新能源供能技术领域，并公开了一种穿戴式设备自供电能量采集器，包括外壳、钢珠、金属梁、压电片和整流存储电路，所述外壳内水平设置有滚动槽，所述钢珠设置在所述滚动槽内；所述外壳在对应于所述滚动槽的两端分别设置一所述金属梁；每根所述金属梁上均安装有压电片；所述整流存储电路电连接所述压电片电连接，以用于将产生的交流电转化为直流电并将直流电存储起来。本发明利用了压电材料的压电效应，将人体动能转化为电能，并且由于压电材料的高能量密度的特性，整个装置可以制作的非常小。因此，相比电磁式设备，本发明在节省空间的同时可以俘获更多的能量，对于穿戴设备对空间大小的苛刻要求能够极大程度的满足。
Description
技术领域
本发明属于新能源供能技术领域，更具体地，涉及一种穿戴式设备自供电能量采集。
背景技术
当代人类日常生活充斥着各种类型的穿戴式设备，例如智能手环，智能手表，智能眼镜等，目前此类设备基本上都是通过有线输电或者电池供电的方式来进行供给能源的，频繁的有线供电和更换电池会给人们的日常生活带来一定的不便。而除了使用较为普遍的体外穿戴式设备，目前各种人体体内健康监测设备和植入式体内治疗设备，例如心脏起搏器，人工耳蜗等也都是采用电池供电的方式供给能量，这一类设备基本只能通过手术的方式更换电池，使得患者的生活质量大幅度下降。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种穿戴式设备自供电能量采集器，采集人体和环境中的动能，通过压电设备转化为电能，再经过整流电路将电能储存在超级电容中，从而实现给设备供电。
为实现上述目的，按照本发明，提供了一种穿戴式设备自供电能量采集器，其特征在于，包括外壳、钢珠、金属梁、压电片和整流存储电路，其中，
所述外壳内水平设置有滚动槽，所述钢珠设置在所述滚动槽内；
所述外壳在对应于所述滚动槽的两端分别设置一所述金属梁，以让钢珠在所述滚动槽内滚动后能碰撞所述金属梁；
每根所述金属梁上均安装有压电片，以用于在所述钢珠碰撞金属梁时，金属梁产生振动从而带动压电片产生形变，进而产生交流电；
所述整流存储电路电连接所述压电片电连接，以用于将产生的所述交流电转化为直流电并将直流电存储起来。
优选地，每根所述金属梁的两侧分别粘贴一所述压电片。
优选地，所述外壳内设置有支撑架，所述支撑架与所述外壳的内底壁之间形成所述滚动槽，每根所述金属梁分别通过固定端固定安装在所述支撑架上。
优选地，所述支撑架由6061铝合金构成。
优选地，所述压电片包括叠加在一起的压电陶瓷、压电纤维复合材料以及压电薄膜。
优选地，所述金属梁由厚度1mm的55Si2MnB弹簧钢构成。
优选地，所述外壳由6061铝合金构成。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1)本发明利用了压电材料的压电效应，将人体动能转化为电能，并且由于压电材料的高能量密度的特性，整个装置可以制作的非常小。因此，相比电磁式设备，本发明在节省空间的同时可以俘获更多的能量，对于穿戴设备对空间大小的苛刻要求能够极大程度的满足。
2)本发明在一定意义上可以代替电池和有线供电，减少了用户频繁更换电池和有线供电次数，提升用户的对穿戴式设备的体验感，实现无限续航，对穿戴式设备的发展和能源的可持续利用均有重要的意义。
附图说明
图1为本发明的穿戴式设备自供电能量采集器的结构示意图；
图2为图1中沿A-A线的剖面示意图；
图3为图1中沿B-B线的剖面示意图；
图4为整流存储电路的电路图；
图5为本发明的能量采集器产生的电压图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
参照图1～图5，一种穿戴式设备自供电能量采集器，包括外壳1、钢珠2、金属梁、压电片和整流存储电路，其中，
所述外壳1内水平设置有滚动槽3，所述钢珠2设置在所述滚动槽3内；
所述外壳1在对应于所述滚动槽3的两端分别设置一所述金属梁，以让钢珠2在所述滚动槽3内滚动后能碰撞所述金属梁；
每根所述金属梁上均安装有压电片，以用于在所述钢珠2碰撞金属梁时，金属梁产生振动从而带动压电片产生形变，进而产生交流电；
所述整流存储电路电连接所述压电片电连接，以用于将产生的所述交流电转化为直流电并将直流电存储起来。
进一步，每根所述金属梁的两侧分别粘贴一所述压电片。
进一步，所述外壳1内设置有支撑架，所述支撑架与所述外壳1的内底壁之间形成所述滚动槽3，每根所述金属梁分别通过固定端固定安装在所述支撑架上。
进一步，所述支撑架由6061铝合金构成。
进一步，所述压电片包括叠加在一起的压电陶瓷、压电纤维复合材料以及压电薄膜。
进一步，所述金属梁由厚度1mm的55Si2MnB弹簧钢构成。
进一步，所述外壳1由6061铝合金构成。
本发明的能量采集装置主要包括外壳1，钢珠2，滚动槽3，第一金属梁4、第二金属梁5，第一压电片6、第二压电片7、第三压电片8、第四压电片9，第一支撑架10、第二支撑架11，第一固定端12、第二固定端13，第一螺栓14、第二螺栓15。第一压电片6、第二压电片7粘贴于第一金属梁10两侧，第三压电片8、第四压电片9粘贴于金属梁11两侧，第一金属梁10和第二金属梁11分别通过第一螺栓14，第二螺栓15固定在第一固定端12、第二固定端13上，钢珠2置于滚动槽3中。当人体运动时，会带动钢珠2沿着滚动槽3滚动，当钢珠2和第一金属梁10或第二金属梁11发生碰撞时，钢珠2由于金属梁的回复力反向运动，继而钢珠会沿着滚动槽往返运动并不断和第一金属梁10、第二金属梁11发生碰撞；而第一金属梁10、第二金属梁11由于碰撞产生振动，带动第一压电片6、第二压电片7、第三压电片8和第四压电片9产生形变，由于压电效应，产生交流电能。电能产生装置I和电能产生装置II两部分分别连接一个整流存储电路，储存电流以供外部设备使用。
整流存储电路用于将产生的交流电转化为直流电，并将电能储存在超级电容中，以便对设备进行持续供电。
整流存储电路主要包括：二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电阻R1、二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8和电阻R2，在振动的正半周，二极管D2，二极管D4，电阻R1导通，二极管D5和二极管D7，电阻R2导通，并联后连接超级电容C1；在振动的负半周，二极管D1和二极管D3，电阻R1导通，二极管D6和二极管D8，电阻R2导通，并联后连接超级电容C1。超级电容C1与外部电路(包括开关电路，稳压电路)相连，为设备供电。
实验方法：
将上述实施例的能量采集器通过手摇进行发电，电阻R为500千欧(为方便实验，只外接电阻R)，电路中安装电压表，测量压电片6的电压。
实验结果：
实验结果如图5所示，从图5可以看出，本发明的能量采集器可以非常有效的采集人体动能。
本领域的技术人员容易理解，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，凡在本发明的精神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)
1.一种穿戴式设备自供电能量采集器，其特征在于，包括外壳、钢珠、金属梁、压电片和整流存储电路，其中，
所述外壳内水平设置有滚动槽，所述钢珠设置在所述滚动槽内；
所述外壳在对应于所述滚动槽的两端分别设置一所述金属梁，以让钢珠在所述滚动槽内滚动后能碰撞所述金属梁；
每根所述金属梁上均安装有压电片，以用于在所述钢珠碰撞金属梁时，金属梁产生振动从而带动压电片产生形变，进而产生交流电；
所述整流存储电路电连接所述压电片电连接，以用于将产生的所述交流电转化为直流电并将直流电存储起来。
2.根据权利要求1所述的一种穿戴式设备自供电能量采集器，其特征在于，每根所述金属梁的两侧分别粘贴一所述压电片。
3.根据权利要求1～2所述的一种穿戴式设备自供电能量采集器，其特征在于，所述外壳内设置有支撑架，所述支撑架与所述外壳的内底壁之间形成所述滚动槽，每根所述金属梁分别通过固定端固定安装在所述支撑架上。
4.根据权利要求1～3所述的一种穿戴式设备自供电能量采集器，其特征在于，所述支撑架优选由6061铝合金构成。
5.根据权利要求1～4所述的一种穿戴式设备自供电能量采集器，其特征在于，所述压电片包括叠加在一起的压电陶瓷、压电纤维复合材料以及压电薄膜。
6.根据权利要求1～5所述的一种穿戴式设备自供电能量采集器，其特征在于，所述金属梁优选由厚度1mm的55Si2MnB弹簧钢构成。
7.根据权利要求1～6所述的一种穿戴式设备自供电能量采集器，其特征在于，所述外壳优选由6061铝合金构成。
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