CN203352483U - 一种基于柔性发电元件的自驱动定位装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于柔性发电元件的自驱动定位装置，包括电源组件、整流单元、电容单元、智能电压开关以及无线发射端，其中电源组件呈柔性发电元件的形式，并可通过按压和松开操作来产生交流电流；整流单元、电容单元分别与电源组件电路相连，用于将电源组件所产生的交流电流转换为直流电流，并将所获得的直流电流予以收集储存；无线发射端通过智能电压开关可切换地与电容单元电路相连，并当接收到电容单元所输送的直流电流时产生无线定位信号同时向外发送。通过本实用新型，能够在无需电池的情况下即可实现自驱动定位功能，同时具备结构紧凑、便于操控、性能稳定和适用性强等特点。

Description

一种基于柔性发电元件的自驱动定位装置

技术领域

本实用新型属于定位技术领域，更具体地，涉及一种基于柔性发电元件的自驱动定位装置。

背景技术

目前，随着社会生活节奏的加快以及社会年龄结构的改变，老年人和儿童等人群的看护正成为一个社会焦点问题，为了对老人和小孩进行更好的照顾，往往需要对他们的位置实施实时定位，并当其靠近危险区域时可提供报警信息，以此方式来有效防止老人和小孩的走失。此外，对于户外探险或地下作业等类似环境，同样需要对相关人员实施定时定位，以便当掉队或其他意外等特殊情况发生时，能够及时找准位置并提供营救和帮助。

现有技术中用于老人和儿童的定位装置例如带GPS功能的手机等都是需要额外进行佩戴的，老人和幼龄儿童由于其智力上的特殊性有可能会忘记佩戴，而且有可能由于电池耗尽而造成定位装置无法正常工作；对于户外探险或地下作业这类活动，由于地点大都处于郊外或山区，活动参与者一般会佩戴跟踪器及其相关产品，但是这些定位装置在活动过程中同样存在易于丢失、以及可能由于电量问题而失去信号等隐患。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种基于柔性发电元件的自驱动定位装置，其目的在于通过对其关键功能组件的设计以及整体结构的优化响应，能够在无需电池的情况下即可实现自驱动定位功能，同时具备结构紧凑、便于操控、性能稳定和适用性强等特点。

为实现上述目的，按照本实用新型，提供了一种基于柔性发电元件的自驱动定位装置，该装置包括电源组件、整流单元、电容单元、智能电压开关以及无线发射端，其特征在于：

所述电源组件呈柔性发电元件的形式并包括第一组件和第二组件，其中第一组件由高分子聚合物绝缘层和沉积在该高分子聚合物绝缘层上表面的第一金属导电层共同组成，并在该第一金属导电层的边缘形成有第一电极；第二组件由柔性基底和沉积在该柔性基底上表面的第二金属导电层共同组成，并在该第二金属导电层的边缘形成有第二电极；第一、第二组件在其外侧边缘相联接，并且所述高分子聚合物绝缘层的下表面与所述第二金属导电层的上表面相互对置并具备一定间隙，由此可通过按压和松开第一、第二组件的操作来产生交流电流；

所述整流单元、电容单元分别与电源组件电路相连，其中整流单元用于将电源组件所产生的交流电流转换为直流电流，电容单元用于将整流单元转换获得的直流电流予以收集储存；

所述无线发射端通过智能电压开关可切换地与电容单元电路相连，并当接收到电容单元所输送的直流电流时产生无线定位信号同时向外发送；

所述智能电压开关与电容单元并联地设置，其中当电容单元两端的电压低于所设定的阈值时，智能电压开关使电源组件、整流单元和电容单元三者构成回路以便执行充电操作；而当电容单元两端的电压大于或等于所述阈值时，智能电压开关使电源组件、整流单元、电容单元和无线发射端共同构成回路，以便执行无线信号的产生和发送操作。

作为进一步优选地，所述高分子聚合物绝缘层的材料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚乙烯、聚二甲基硅氧烷、氟化乙丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯，乙烯四氟乙烯共聚物或聚甲基丙烯酸甲酯；所述第一金属导电层的材料选自铜、铝或者氧化铟锡，所述第二金属导电层的材料选自金、银、铜或者铝。

作为进一步优选地，所述高分子聚合物绝缘层的下表面还加工形成有多个微纳米的凹凸结构，且其平均尺寸为50纳米～200纳米。

作为进一步优选地，所述电源组件由单个柔性发电元件或彼此并联的多个柔性发电元件共同构成。

作为进一步优选地，所述自驱动定位装置整体呈柔性结构，并加工整合在使用者的鞋子或衣服上。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1、通过采用柔性发电元件来替代各类定位装置中的电池并对其整体系统进行结构优化，能够充分、便捷地利用人体自身的能量，通过简单操作即可实现充电和定位信号发送操作，同时有效避免由于电池耗尽而导致的各种不便；

2、通过配备整流和电容单元，并采用智能电压开关来对充电和信号发射操作进行切换控制，能够在较短时间内产生足以驱动发射端的能量，有助于提高装置的性能稳定性，增加工作寿命，并适用于各类恶劣的应用环境；

3、按照本实用新型的自驱动定位装置整体是柔性的，可以弯曲折叠并便有加工，适于与使用者每天必需穿戴的鞋子或衣服相整合，在应用上与传统的硬质装置相比具备更大的灵活性，因而尤其适用于老人和幼童的看护以及户外探险或地下作业等各类场合的应用。

附图说明

图1是按照本实用新型所构建的基于柔性发电元件的自驱动定位装置的整体构造示意图；

图2是按照本实用新型的柔性发电元件的结构示意图；

图3a是按照本实用新型一个优选实施例的柔性发电元件用于对57微法拉电容进行充电以及该电容释放电能时其两端电压随时间而变化的曲线图；

图3b是图3a中电压-时间变化曲线的局部放大示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-电源组件2-整流单元3-电容单元4-智能电压开关5-无线发射端6-接收端11-第一组件12-第二组件111-高分子聚合物绝缘层112-第一金属导电层113-第一电极121-柔性基底122-第二金属导电层123-第二电极

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型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。

图1是按照本实用新型所构建的基于柔性发电元件的自驱动定位装置的整体构造示意图，图2是按照本实用新型的柔性发电元件的结构示意图。如图1和图2中所示，该装置主要包括电源组件1、整流单元2、电容单元3、智能电压开关4以及无线发射端5，下面将逐一对这些功能单元进行详细描述。

电源组件1呈柔性发电元件的形式，它可以由单个柔性发电元件构成，或是彼此并联的多个柔性发电元件共同构成。对于各个柔性发电元件（或称之为柔性发电机）而言，其包括第一组件11和第二组件12，其中第一组件11由高分子聚合物绝缘层111和沉积在该高分子聚合物绝缘层111上表面的第一金属导电层112共同组成，并在该第一金属导电层112的边缘形成有第一电极113；第二组件12由柔性基底121和沉积在该柔性基底121上表面的第二金属导电层122共同组成，并在该第二金属导电层122的边缘形成有第二电极123；第一、第二组件在其外侧边缘相联接，并且所述高分子聚合物绝缘层111的下表面与所述第二金属导电层122的上表面相互对置并具备一定间隙，由此可通过按压和松开第一、第二组件的物理操作，即可产生具备一定强度的交流电流。

整流单元2可包含一个桥式整流电路，它譬如与电源组件1串联连接，并用于将电源组件所产生的交流电流转换为直流电流。

电容单元3同样可与电源组件1和整流单元2相串联，它作为一个储能器件，用于将整流单元2转换获得的直流电流予以收集储存；当柔性发电元件产生的源源不断储存进电容单元时，电容单元两端的电压会上升，而当能量被释放出去时，电容单元两端电压会下降。

无线发射端5通过智能电压开关4可切换地与电容单元3电路相连，并当接收到电容单元3所输送的直流电流时产生无线定位信号同时向外发送；与此相配套地，当外界的接收端接收到该无线发射端所发送的信号后，可以对此进行判断及运算处理，由此获得该自驱动定位装置及其所佩戴人员的位置等信息（由于定位装置整体为柔性的，因此适于整合加工在佩戴人员的鞋子或衣服上），该过程为本领域技术人员所熟知，因此不再赘述。

智能电压开关4与电容单元3并联地设置，其中当电容单元3两端的电压低于所设定的阈值（例如，0.3V）时，智能电压开关4使电源组件1、整流单元2和电容单元3三者构成回路以便执行充电操作；而当电容单元3两端的电压大于或等于所述阈值时，智能电压开关4使电源组件1、整流单元2、电容单元3和无线发射端5共同构成回路，以便电容单元中储存的能量被释放，且无线发射端利用电能执行无线信号的产生和发送操作。

按照本实用新型的一个优选实施方式，所述高分子聚合物绝缘层的材料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚乙烯、聚二甲基硅氧烷、氟化乙丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯，乙烯四氟乙烯共聚物或聚甲基丙烯酸甲酯；所述第一金属导电层的材料选自铜、铝或者氧化铟锡，所述第二金属导电层的材料选自金、银、铜或者铝。按照本实用新型的另一优选实施方式，所述高分子聚合物绝缘层的下表面还加工形成有多个微纳米的凹凸结构，且其平均尺寸为50纳米～200纳米。

下面选择以高分子聚合物绝缘层为聚四氟乙烯材质、第一金属导电层由铜构成、柔性基底为聚对苯二甲酸乙二醇酯材质，第二金属导电层由铝构成所加工获得的柔性发电元件为例，将其用于对一个57微法拉的电容进行充电，并获得该电容释放电能时其两端电压随时间而变化的曲线。如图3a中所示，当人体不断地驱动柔性发电元件时，其产生的能量会源源不断地储存在电容单元中，导致电容单元两端的电压不断升高，当电压达到一个阀值时，电容器释放之前储存的能量，电压急剧下降；如图3b中所示，电压是平台式地上升，每驱动一次柔性发电元件，电压就上升一点。

综上所述，通过本实用新型的自驱动定位装置能够实现个人的自驱动无线定位，与传统的定位装置相比具有突出的优点：首先，通过对整体系统的结构优化与改进，使其能被很好得整合进个人每天必须穿戴的鞋子或者衣服当中，实现了自驱动功能的同时利于个人的携带；其次，该装置整体上是柔性的可以弯曲折叠同时也便于加工，在应用上相比与硬质的传统装置具有更大的灵活性。最后，柔性纳米发电机产生的能量较大，可以有效地利用人体产生的动能，能够在较短的时间内产生足够驱动发射端的能量；而且柔性纳米发电机具备性能稳定、工作寿命长、低成本、便于大批量加工制造等特点。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于柔性发电元件的自驱动定位装置，该装置包括电源组件、整流单元、电容单元、智能电压开关以及无线发射端，其特征在于：

所述电源组件呈柔性发电元件的形式并包括第一组件和第二组件，其中第一组件由高分子聚合物绝缘层和沉积在该高分子聚合物绝缘层上表面的第一金属导电层共同组成，并在该第一金属导电层的边缘形成有第一电极；第二组件由柔性基底和沉积在该柔性基底上表面的第二金属导电层共同组成，并在该第二金属导电层的边缘形成有第二电极；第一、第二组件在其外侧边缘相联接，并且所述高分子聚合物绝缘层的下表面与所述第二金属导电层的上表面相互对置并具备一定间隙，由此可通过按压和松开第一、第二组件的操作来产生交流电流；

所述整流单元、电容单元分别与电源组件电路相连，其中整流单元用于将电源组件所产生的交流电流转换为直流电流，电容单元用于将整流单元转换获得的直流电流予以收集储存；

所述无线发射端通过智能电压开关可切换地与电容单元电路相连，并当接收到电容单元所输送的直流电流时产生无线定位信号同时向外发送；

所述智能电压开关与电容单元并联地设置，其中当电容单元两端的电压低于所设定的阈值时，智能电压开关使电源组件、整流单元和电容单元三者构成回路以便执行充电操作；而当电容单元两端的电压大于或等于所述阈值时，智能电压开关使电源组件、整流单元、电容单元和无线发射端共同构成回路，以便执行无线信号的产生和发送操作。

2.如权利要求1所述的自驱动定位装置，其特征在于，所述高分子聚合物绝缘层的材料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚乙烯、聚二甲基硅氧烷、氟化乙丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚偏二氟乙烯，乙烯四氟乙烯共聚物或聚甲基丙烯酸甲酯；所述第一金属导电层的材料选自铜、铝或者氧化铟锡，所述第二金属导电层的材料选自金、银、铜或者铝。

3.如权利要求2所述的自驱动定位装置，其特征在于，所述高分子聚合物绝缘层的下表面还加工形成有多个微纳米的凹凸结构，且其平均尺寸为50纳米～200纳米。

4.如权利要求1-3任意一项所述的自驱动定位装置，其特征在于，所述电源组件由单个柔性发电元件或彼此并联的多个柔性发电元件共同构成。

5.如权利要求4所述的自驱动定位装置，其特征在于，所述自驱动定位装置整体呈柔性结构，并加工整合在使用者的鞋子或衣服上。

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