CN108452535A - 自驱动玩具和科普教具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用自驱动力电转换装置的玩具和科普教具。所述自驱动玩具和科普教具包括力电转换装置、处理电路和玩具，其中所述力电转换装置选自但不限于力电转换膜、电磁发电装置、其他将机械能转换成电能的装置、或者其中两种或两种以上装置的复合，因此可以将机械能转换为电能，无需电池或外接电源设备，仅通过对玩具和科普教具进行晃动、拍打、按压、振动、揉搓等施加力的动作就可以实现自给供电，是对应用现有技术的玩具和科普教具的极大改进，具有极强的创新性和实用性。

Description

自驱动玩具和科普教具

技术领域

本发明涉及玩具和科普教具领域，尤其涉及应用自驱动力电转换装置的玩具和科普教具。

背景技术

目前，儿童玩具和科普教具品种繁多，为吸引儿童的注意，多具有诸如发光、发声、各种运动的功能，这些功能的实现通常需要为功能器件供电，现在市面上的玩具和科普教具普遍都采用电池供电和外接电源供电的方式。但是这种供电方式存在着很多问题，诸如电池的使用增加了使用玩具和科普教具的隐形开支，更会引起大量废弃电池，造成环境污染；而外接电源供电时则限制了玩具和科普教具的移动范围，带来了玩具和科普教具的使用不便。

发明内容

针对目前现有技术中存在的问题，本发明提供了一种应用力电转换装置的自驱动玩具和科普教具，无需电池或外接电源设备，仅通过对玩具和科普教具进行晃动、拍打、按压、振动、揉搓等施加力的动作就可以实现自给供电。不仅解决了现有技术中存在的问题，还可以通过孩子的动作触发玩具和科普教具的诸如发光、发声、各种运动的功能，从而激发孩子对玩具和科普教具进行探索的兴趣，进一步提高了玩具和科普教具的趣味性，是对现有技术的极大的改进，具有极强的创新性和实用性。

所述自驱动力电转换装置所涉及的原理如下：1、采用力电转换膜作为力电转换装置，在施加到力电转换膜上的交替作用力的作用下，膜层内物质由于介电常数或电负性不同，会产生电荷极化和电荷分离现象；2、采用电磁发电原理，闭合线圈内磁通量发生变化时会在线圈内产生电流，从而实现机械能到电能的转换。

本发明涉及一种自驱动玩具和科普教具，其包括：力电转换装置、处理电路和玩具。其中所述力电转换装置与处理电路相连，并且所述处理电路与玩具相连。

本发明所涉及的自驱动玩具和科普教具中，所述力电转换装置选自但不限于力电转换膜、电磁发电装置、其他将机械能转换成电能的装置、或者其中两种或两种以上装置的复合。

在本发明所涉及的自驱动玩具和科普教具中，所述力电转换膜的制备方法选自但不限于将任意一种、两种或两种以上的材料掺杂、混合、包覆、黏贴、沉积、或者其中两种或两种以上方法的复合。

在本发明所涉及的自驱动玩具和科普教具中，构成所述力电转换膜的材料选自但不限于金属、非金属、氧化物、半导体、高分子聚合物、陶瓷、丝织品、或者其中两种或两种以上材料的复合。

在本发明所涉及的自驱动玩具和科普教具中，所述力电转换膜的结构选自但不限于纳米结构、中空结构、多孔结构、层状结构、或者其中两种或两种以上结构的复合。

在本发明所涉及的自驱动玩具和科普教具中，所述力电转换膜的制备方法选自但不限于将任意一种、两种或两种以上的材料掺杂、混合、包覆、黏贴、沉积、或者其中两种或两种以上方法的复合，并且构成所述力电转换膜的材料选自但不限于金属、非金属、氧化物、半导体、高分子聚合物、陶瓷、丝织品、或者其中两种或两种以上材料的复合。

在本发明所涉及的自驱动玩具和科普教具中，所述力电转换膜的制备方法选自但不限于将任意一种、两种或两种以上的材料掺杂、混合、包覆、黏贴、沉积、或者其中两种或两种以上方法的复合，并且所述力电转换膜的结构选自但不限于纳米结构、中空结构、多孔结构、层状结构、或者其中两种或两种以上结构的复合。

在本发明所涉及的自驱动玩具和科普教具中，构成所述力电转换膜的材料选自但不限于金属、非金属、氧化物、半导体、高分子聚合物、陶瓷、丝织品、或者其中两种或两种以上材料的复合，并且所述力电转换膜的结构选自但不限于纳米结构、中空结构、多孔结构、层状结构、或者其中两种或两种以上结构的复合。

在本发明所涉及的自驱动玩具和科普教具中，构成所述力电转换膜的材料选自但不限于金属、非金属、氧化物、半导体、高分子聚合物、陶瓷、丝织品、或者其中两种或两种以上材料的复合，所述力电转换膜的结构选自但不限于纳米结构、中空结构、多孔结构、层状结构、或者其中两种或两种以上结构的复合，并且所述力电转换膜的制备方法选自但不限于将任意一种、两种或两种以上的材料掺杂、混合、包覆、黏贴、沉积、或者其中两种或两种以上方法的复合。

所属金属可以选自但不限于金、钯、银、铝、铂、镍、铜、铬、钛、硒、锰、钼、铁、钨或钒；也可以选自但不限于铝合金、钛合金、铍合金、镁合金、铜合金、锰合金、镍合金、镉合金、锌合金、铋合金、铅合金、锡合金、铌合金、铟合金、钨合金、镓合金、钼合金或钽合金、或者其中两种或两种以上的混合物。

所属非金属可以选自但不限于石墨、炭黑、多孔碳、玻璃碳、石墨烯、碳纳米管、碳纳米洋葱、碳纳米角、富勒烯、白炭黑、硅酸铝、硅酸钙、玻璃、塑料、橡胶、或者其中两种或两种以上的混合物。

所述氧化物可以选自但不限于二氧化硅、氧化锌、氧化铟锡、氧化铟锌、氧化锌铝、锆钛酸铅、铪钛酸铅、铌镍酸铅、氧化钡、钛酸钡、锆酸钡、氧化钙、钛酸钙、锆酸钙、氧化钛、锆钛酸钡、钛酸钙、氧化锰、二氧化锰、四氧化三锰、或者其中两种或两种以上的混合物。

所述半导体可以选自但不限于单晶硅、多晶硅、二氧化硅、氧化锌、氧化铟锡、氧化铟锌、氧化锌铝、锆钛酸铅、铪钛酸铅、铌镍酸铅、氧化钡、碳酸钡、草酸钡、乙酸钡、硝酸钡、钛酸钡、锆酸钡、锆钛酸钡、氧化钙、碳酸钙、草酸钙、乙酸钙、钛酸钙、锆酸钙、氧化钛、钛酸钡、锆钛酸钡、钛酸钙、碳酸锰、氧化锰、二氧化锰、乙酸锰、四氧化三锰或者其中两种或两种以上的混合物。

所述高分子聚合物可以选自但不限于聚偏二氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、偏氯乙烯丙烯腈共聚物、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、聚酰亚胺、苯胺甲醛树脂、聚氯丁二烯、乙基纤维素、聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚乙二醇丁二酸酯、聚己二酸乙二醇酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、三聚氰胺甲醛、酚醛树脂、乙基纤维素、纤维素、纤维素乙酸酯、人造纤维、聚乙醇缩丁醛、海绵、聚氨酯弹性体、苯乙烯丁二烯共聚物、天然橡胶、苯乙烯丙烯共聚物、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯丙二酚碳酸盐、人造纤维、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚氨酯柔性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯、聚双苯酚碳酸酯、聚异丁烯、氯丁橡胶、聚氯醚、或者其中两种或两种以上的混合物。

所述陶瓷可以选自但不限于钛酸钡陶瓷、石英单晶、电气石、罗德盐、钽酸盐、铌酸盐、氧化锌薄膜、铌镁酸铅、钛酸钡、锆钛酸铅、氧化镁、氧化铝、碳化硅、氮化硅、氧化锆、氧化铍、碳化硼、碳化硅、碳化锆、碳化钛、碳化钨、金刚石、氮化硅、氮化铝、或者其中两种或两种以上的混合物。

所述丝织品也可以称为纺织品，可以选自但不限于天然高分子材料、合成高分子材料、或高分子材料与其他无机材料的复合材料、或者其中两种或两种以上的复合材料。

所述纳米结构可以选自但不限于纳米管、纳米颗粒、纳米线、纳米球、纳米棒、纳米孔道、纳米沟槽、微米锥、微米沟槽、纳米花、微米球状结构、或者所述纳米结构的阵列或混合。

所述多孔材料可以选自但不限于微孔材料、介孔材料、大孔材料、不同尺寸孔径复合的多孔材料、或者所述多孔材料的阵列或混合。

所述中空材料可以选自但不限于蜂窝状材料、发泡材料、泡沫材料、中空复合材料、三明治结构材料、平行梁结构材料、或者所述中空结构的阵列或混合。

所述层状结构可以选自但不限于两层结构、两层以上层层堆叠结构、或者所述层状结构的阵列或混合。

在本发明所涉及的自驱动玩具和科普教具中，所述处理电路选自但不限于输电装置、整流装置、和储能装置、或者其中两种或两种以上装置的复合，可根据实际应用进行选择。

本发明所提供的具有自驱动力电转换装置的玩具和科普教具，其自驱动力电转换装置具有高的力电转换系数和优良的力电转换性能，在常规作用力下即能满足为玩具和科普教具供电的要求。因此，本发明所提供的自驱动玩具和科普教具是对现有技术极大的改善和提高，有着很好的应用前景。

附图说明

图1为应用聚偏二氯乙烯与炭黑复合膜的自驱动力电转换系统的示意图，其中1表示炭黑颗粒、2表示聚偏二氯乙烯，3表示导线，4表示整流器，5表示发光二极管。

图2为应用钛酸钡陶瓷膜的自驱动力电转换系统的示意图，其中1表示电极，2表示钛酸钡陶瓷膜，3表示电极，4表示导线，5表示整流器，6表示发光二极管。

图3为应用电磁感应的自驱动力电转换系统的示意图，其中1表示磁铁，2表示线圈，3表示导线、4表示整流器，5表示发光二极管。

图4为安装有自驱动力电转换系统的玩偶的示意图，其中1表示发光器件，2表示导线，3表示处理电路，4表示导线，5表示自驱动力电转换装置，6表示玩偶主体。

具体实施方式

实施例1

实施例1提供的自驱动力电转换系统如图1所示。本实施例中的力电转换装置是采用将聚偏二氯乙烯浇铸在炭黑上并成型干燥的方法制备的。首先，将预先经过稀盐酸洗涤过的炭黑用氮气吹扫至干燥，接着，将聚偏二氯乙烯采用浇铸法灌注到炭黑上，在真空干燥箱中排气一段时间，每半小时换一次气，膜成型干燥取出，即可获得聚偏二氯乙烯与炭黑的复合膜(1、2)。采用该聚偏二氯乙烯与炭黑的复合膜(1、2)作为力电转换装置，施加到复合膜(1、2)上的交替作用力按压该膜层，膜层内物质由于介电常数或电负性不同，会产生电荷极化和电荷分离现象，从而形成电势差，输出交流脉冲信号，利用整流器(3)将交流脉冲信号变成直流脉冲信号驱动用电器件发光二极管(4)。

实施例2

实施例2提供的自驱动力电转换系统如图2所示。在图2所示的自驱动力电转换系统中，采用钛酸钡陶瓷膜(2)作为力电转换装置，利用压电效应将施加到陶瓷膜(2)的压力转换成电势差，利用电极(1、3)和导线(4)将电势输出，施加到陶瓷膜(2)上的交替压力产生交流电压，利用整流器(5)可将交流脉冲信号转换成直流脉冲信号，从而驱动发光二极管(6)。

实施例3

实施例3提供的自驱动力电转换系统如图3所示。在图3所示的自驱动力电转换系统中，采用电磁发电原理，闭合线圈(2)内磁通量发生变化时会在线圈(2)内产生电流，利用这一原理可以实现机械能到电能的转换利用。将磁铁(1)放入闭合线圈(2)内，通过晃动磁铁(1)可以实现闭合线圈(2)内磁通量变化，从而在线圈(2)两端输出电流，通过整流器(4)可对输出电流进行处理，输出直流电信号驱动发光二极管(5)。

实施例4

实施例4提供的安装有自驱动力电转换系统的玩偶的如图4所示。在图4所示的玩偶主体(6)上安装有自驱动力电转换装置(5)、处理电路(3)和发光器件(1)，在对玩偶进行晃动、拍打、按压、振动、揉搓等施加力的动作时，即为玩偶的发光器件(1)供电，从而实现发光的功能。当使用聚偏二氯乙烯与炭黑的复合膜作为力电转换装置时，由于该自驱动力电转换装置具有高的力电转换系数和优良的力电转换性能，在常规作用力下即能满足为玩具和科普教具供电的要求。

以上所述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，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种自驱动玩具和科普教具，其特征在于，包括：力电转换装置、处理电路和玩具。

2.根据权力要求1所述的自驱动玩具和科普教具，其特征在于，所述力电转换装置选自但不限于力电转换膜、电磁发电装置、其他将机械能转换成电能的装置、或者其中两种或两种以上装置的复合。

3.根据权力要求2所述的自驱动玩具和科普教具，其特征在于，所述力电转换膜的制备方法选自但不限于将任意一种、两种或两种以上的材料掺杂、混合、包覆、黏贴、沉积、或者其中两种或两种以上方法的复合。

4.根据权力要求2所述的自驱动玩具和科普教具，其特征在于，构成所述力电转换膜的材料选自但不限于金属、非金属、氧化物、半导体、高分子聚合物、陶瓷、丝织品、或者其中两种或两种以上材料的复合。

5.根据权力要求2所述的自驱动玩具和科普教具，其特征在于，所述力电转换膜的结构选自但不限于纳米结构、多孔结构、中空结构、层状结构、或者其中两种或两种以上结构的复合。

6.根据权力要求3所述的自驱动玩具和科普教具，其特征在于，构成所述力电转换膜的材料选自但不限于金属、非金属、氧化物、半导体、高分子聚合物、陶瓷、丝织品、或者其中两种或两种以上材料的复合。

7.根据权力要求3所述的自驱动玩具和科普教具，其特征在于，所述力电转换膜的结构选自但不限于纳米结构、多孔结构、中空结构、层状结构、或者其中两种或两种以上结构的复合。

8.根据权力要求4所述的自驱动玩具和科普教具，其特征在于，所述力电转换膜的结构选自但不限于纳米结构、多孔结构、中空结构、层状结构、或者其中两种或两种以上结构的复合。

9.根据权力要求7所述的自驱动玩具和科普教具，其特征在于，构成所述力电转换膜的材料选自但不限于金属、非金属、氧化物、半导体、高分子聚合物、陶瓷、丝织品、或者其中两种或两种以上材料的复合。

10.根据权力要求1至9中任一项所述的自驱动玩具和科普教具，其特征在于，所述处理电路选自但不限于输电装置、整流装置、储能装置、或者其中两种或两种以上装置的复合。