一種應用于采集人體運動能量的鞋底微小能量采集器制造技術

本實用新型專利技術涉及一種微小能量采集裝置，具體涉及一種應用于采集人體運動能量的鞋底微小能量采集器，克服了現有技術存在的采集方式較為單一，能量采集的效率較低問題；主要由支撐體，振動結構和電磁線圈結構三部分組成；支撐體固定于鞋底中，支撐體的內部為空腔，支撐體內部的上端和下端分別固定有電磁線圈結構，支撐體的豎直側面上固定有振動結構。振動結構主要由S型壓電梁，懸浮塊和永磁體構成；電磁線圈結構主要由電磁線圈、內電極導線和外電極導線組成；電磁線圈的軸線通過永磁體的中心；本實用新型專利技術采用壓電和電磁兩種能量采集機制，提高了能量采集功率；本實用新型專利技術結構簡單，便于采用微納制造的方法進行加工制造，工藝簡單，易于批量生產。

A small energy collector for the sole used to collect the energy of the human body

\u672c\u5b9e\u7528\u65b0\u578b\u6d89\u53ca\u4e00\u79cd\u5fae\u5c0f\u80fd\u91cf\u91c7\u96c6\u88c5\u7f6e\uff0c\u5177\u4f53\u6d89\u53ca\u4e00\u79cd\u5e94\u7528\u4e8e\u91c7\u96c6\u4eba\u4f53\u8fd0\u52a8\u80fd\u91cf\u7684\u978b\u5e95\u5fae\u5c0f\u80fd\u91cf\u91c7\u96c6\u5668\uff0c\u514b\u670d\u4e86\u73b0\u6709\u6280\u672f\u5b58\u5728\u7684\u91c7\u96c6\u65b9\u5f0f\u8f83\u4e3a\u5355\u4e00\uff0c\u80fd\u91cf\u91c7\u96c6\u7684\u6548\u7387\u8f83\u4f4e\u95ee\u9898\uff1b\u4e3b\u8981\u7531\u652f\u6491\u4f53\uff0c\u632f\u52a8\u7ed3\u6784\u548c\u7535\u78c1\u7ebf\u5708\u7ed3\u6784\u4e09\u90e8\u5206\u7ec4\u6210\uff1b\u652f\u6491\u4f53\u56fa\u5b9a\u4e8e\u978b\u5e95\u4e2d\uff0c\u652f\u6491\u4f53\u7684\u5185\u90e8\u4e3a\u7a7a\u8154\uff0c\u652f\u6491\u4f53\u5185\u90e8\u7684\u4e0a\u7aef\u548c\u4e0b\u7aef\u5206\u522b\u56fa\u5b9a\u6709\u7535\u78c1\u7ebf\u5708\u7ed3\u6784\uff0c\u652f\u6491\u4f53\u7684\u7ad6\u76f4\u4fa7\u9762\u4e0a\u56fa\u5b9a\u6709\u632f\u52a8\u7ed3\u6784\u3002 The vibration structure is mainly composed of S type piezoelectric beam, a suspension block and a permanent magnet; the electromagnetic coil structure is mainly composed of an electromagnetic coil, the inner electrode and the outer electrode wire wire axis; the electromagnetic coil through the permanent magnet center; the utility model adopts two kinds of piezoelectric and electromagnetic energy collection mechanism, improve the power energy collection; the utility model has the advantages of simple structure, easy to use micro nano manufacturing method for manufacturing, simple process, easy batch production.

【技術實現步驟摘要】
一種應用于采集人體運動能量的鞋底微小能量采集器
本技術涉及一種微小能量采集裝置，尤其涉及一種用于人體運動過程中，對人鞋底運動能量采集的裝置。
技術介紹
隨著微機電系統和無線傳感網絡的飛速發展，如何對他們供電已成為制約其發展的一大障礙。特別對于愛好野外探險及挑戰的人們，不僅需要攜帶大量的生活用品，還需要攜帶許多能源電池，保障通訊暢通，造成愛好探險人士的額外負擔，此外，傳統的基于電池供電的方式，需要頻繁的進行更換操作。而且，探險人士在野外運動過程中，會產生巨大的振動能量，因此，如何將人體的運動能量進行回收利用，為自身所攜帶的設備進行供能變得越來越重要。傳統的基于振動式的能量采集器主要用于采集環境中的振動能量，且采集方式較為單一，能量采集的效率較低。對于如何采集人體運動過程中產生的能量的相關產品和技術還不太成熟，且機制單一。因此，如何有效的采集人體運動過程中產生的能量，提高其能量輸出密度，成為當前研究的焦點。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是克服了現有技術存在的采集方式較為單一，能量采集的效率較低問題，提供一種應用于采集人體運動能量的鞋底微小能量采集器，實現對人體運動能量的回收利用，為隨身攜帶的無線電子設備進行能量供應。為解決上述技術問題，本專利技術是采用如下技術方案實現的，結合附圖說明如下：一種應用于采集人體運動能量的鞋底微小能量采集器，其特征在于：主要由支撐體1，振動結構和電磁線圈結構三部分組成；所述的支撐體1固定于鞋底中，支撐體的內部為空腔，支撐體內部的上端和下端分別固定有電磁線圈結構，支撐體的豎直側面上固定有振動結構。技術方案中所述的振動結構主要由S型壓電梁2，懸浮塊3和永磁體4構成；所述的S型壓電梁2的固定端固定在支撐體1的豎直側面上，S型壓電梁2的固定端上表面依次覆蓋有Pt下電極層2-1、PVDF壓電層2-2和Pt上電極層2-3；所述S型壓電梁2的非固定端與另一個相鄰的S型壓電梁的非固定端的長方體結構相連，通過連接懸浮塊3的旋翼3-1，使懸浮塊3懸浮于支撐體1的空腔中；所述的懸浮塊3的上下表面各有1個固定的永磁體4。技術方案中所述的電磁線圈結構主要由電磁線圈5、內電極導線5-1和外電極導線5-2組成；所述電磁線圈5為螺旋狀結構，設有二個，分別固定在振動結構中的永磁體4的正上方和正下方，電磁線圈5的軸線通過永磁體4的中心；所述的永磁體4隨著S型壓電梁2的振動而上下振動，導致支撐體1上端支撐部和下端支撐部上的電磁線圈5的磁通量發生變化；所述內電極導線5-1和外電極導線5-2分別與電磁線圈5的兩端相連，將通過法拉第電磁感應定律產生的電能進行輸出。技術方案中所述的S型壓電梁2設有8個；所述的S型壓電梁固定端分別固定在支撐體1的8個豎直側面上。技術方案中所述的Pt上電極層2-3和Pt下電極層2-1，主要由Pt電極材料組成，作為PVDF壓電層2-2能量的輸出電極；所述的PVDF壓電層2-2主要由PVDF薄膜組成，用于采集S型壓電梁2隨人體鞋子振動過程中的能量；所述的S型壓電梁2隨著人的運動而發生振動，引起固定端的PVDF壓電層2-2發生應變，產生電荷并輸出電能，并通過Pt上電極層2-3和Pt下電極層2-1采集PVDF壓電層2-2所輸出的電能。技術方案中所述的支撐體1和S型壓電梁2結構的基底結構主要由PDMS有機硅材料組成。技術方案中所述的懸浮塊3中間部分是正方形的平板，其四周有4個長方體旋翼3-1，分別與所述S型壓電梁2非固定端的長方體結構相連。技術方案中所述一種應用于采集人體運動能量的鞋底微小能量采集器能夠做成陣列式布置在人的鞋底，進行大面積的能量采集。與現有技術相比本專利技術的有益效果是：(1)采用壓電和電磁兩種能量采集機制，可以提高能量采集功率；(2)每一個單元上的8個S型壓電梁，可以將輸出電壓串聯在一起，提高輸出電壓；(3)微小能量采集器的尺寸較小，可以實行陣列式的大量布置在人的鞋底，進行大面積的能量采集，提高能量輸出；(4)微小能量采集器的結構簡單，便于采用微納制造的方法進行加工制造，工藝簡單，易于批量生產。附圖說明下面結合附圖對本專利技術作進一步的說明：圖1是本技術所述一種應用于采集人體運動能量的鞋底微小能量采集器的結構示意圖；圖2是本技術所述一種應用于采集人體運動能量的鞋底微小能量采集器的結構局部剖視圖；圖3是振動結構示意圖；圖4是S型壓電梁結構示意圖；圖5是電磁線圈結構示意圖；圖6是本技術所述一種應用于采集人體運動能量的鞋底微小能量采集器在鞋底的陣列結構分布圖；圖中：1.支撐體，2.S型壓電梁，2-1.Pt下電極層，2-2.PVDF壓電層，2-3.Pt上電極層，3.懸浮塊，3-1.懸浮塊旋翼，4.永磁體，5.電磁線圈，5-1.內電極導線，5-2.外電極導線。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術作詳細的描述：參閱圖1所示，本技術一種應用于采集人體運動能量的鞋底微小能量采集器，主要由支撐體1，振動結構和電磁線圈結構三部分組成。所述的支撐體1固定于人體的鞋底中，支撐體的內部為空腔，上端支撐部和下端支撐部上分別固定有電磁線圈結構，豎直的8個側面上分別固定有壓電S型壓電梁結構，用于固定振動結構。參閱圖2、圖3，所述的振動結構主要由S型壓電梁2，懸浮塊3和永磁體4構成。參閱圖4，所述的S型壓電梁2有8個，其兩個端部為長方體結構，中間為S型結構的矩形截面梁結構。所述的S型壓電梁固定端分別固定在支撐體1的8個豎直側面上，其固定端上表面依次覆蓋有Pt下電極層2-1、PVDF壓電層2-2和Pt上電極層2-3。所述S型壓電梁的非固定端與另一個相鄰的S型壓電梁的非固定端的長方體結構相連，通過連接懸浮塊3的旋翼3-1，使懸浮塊3懸浮于支撐體1的空腔中。所述的Pt上電極層2-3和Pt下電極層2-1，主要由Pt電極材料組成，作為PVDF壓電層2-2能量的輸出電極。所述的PVDF壓電層2-2主要由PVDF薄膜組成，根據壓電效應，可用于采集S型壓電梁2隨人體鞋子振動過程中的能量。所述的S型壓電梁2可以隨著人的運動而發生振動，引起固定端的PVDF壓電層2-2發生應變，產生電荷并輸出電能，并通過Pt上電極層2-3和Pt下電極層2-1采集PVDF壓電層2-2所輸出的電能。Pt上電極層2-3和Pt下電極層2-1是PVDF壓電層的輸出電極，PVDF壓電層在振動的過程中，將機械能轉換成電能，通過上下電極層輸出采集的能量。所述的S型壓電梁2可以降低自身梁結構的諧振頻率，使能量采集器件處于人體運動的頻率帶范圍，有利于增大S型壓電梁2的振動幅值，提高能量采集的密度。所述的支撐體1和S型壓電梁2結構的基底結構主要由PDMS(聚二甲基硅氧烷)有機硅材料組成，該材料具有良好的彈性和低的楊氏模量，可以明顯的較低S型壓電梁2結構的諧振頻率，使S型壓電梁2結構的諧振頻率接近人體的運動頻率，提高能量輸出功率。所述的懸浮塊3中間部分是正方形的平板，其四周有4個長方體旋翼3-1，分別與所述S型壓電梁2非固定端的長方體結構相連。所述的懸浮塊3的上下表面各有1個固定的永磁體4。所述的永磁體4有兩個，分別固定于懸浮塊3的上下表面，一方面可以降低S型壓電梁2結構的諧振頻率，另一方面，在人體運動過程中，永磁體4會隨著S型壓電梁2的振動而上下振動，并本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種應用于采集人體運動能量的鞋底微小能量采集器，其特征在于：主要由支撐體(1)，振動結構和電磁線圈結構三部分組成；所述的支撐體(1)固定于鞋底中，支撐體的內部為空腔，支撐體內部的上端和下端分別固定有電磁線圈結構，支撐體的豎直側面上固定有振動結構。

【技術特征摘要】
1.一種應用于采集人體運動能量的鞋底微小能量采集器，其特征在于：主要由支撐體(1)，振動結構和電磁線圈結構三部分組成；所述的支撐體(1)固定于鞋底中，支撐體的內部為空腔，支撐體內部的上端和下端分別固定有電磁線圈結構，支撐體的豎直側面上固定有振動結構。2.根據權利要求1所述的一種應用于采集人體運動能量的鞋底微小能量采集器，其特征在于：所述的振動結構主要由S型壓電梁(2)，懸浮塊(3)和永磁體(4)構成；所述的S型壓電梁(2)的固定端固定在支撐體(1)的豎直側面上，S型壓電梁(2)的固定端上表面依次覆蓋有Pt下電極層(2-1)、PVDF壓電層(2-2)和Pt上電極層(2-3)；所述S型壓電梁(2)的非固定端與另一個相鄰的S型壓電梁的非固定端的長方體結構相連，通過連接懸浮塊(3)的旋翼(3-1)，使懸浮塊(3)懸浮于支撐體(1)的空腔中；所述的懸浮塊(3)的上下表面各有1個固定的永磁體(4)。3.根據權利要求1所述的一種應用于采集人體運動能量的鞋底微小能量采集器，其特征在于：所述的電磁線圈結構主要由電磁線圈(5)、內電極導線(5-1)和外電極導線(5-2)組成；所述電磁線圈(5)為螺旋狀結構，設有二個，分別固定在振動結構中的永磁體(4)的正上方和正下方，電磁線圈(5)的軸線通過永磁體(4)的中心；所述的永磁體(4)隨著S型壓電梁(2)的振動而上下振動，導致支撐體(1)上端支撐部和下端支撐部上的電磁線圈(5)的磁通量發生變化；所述內電極導線(5-1)和外電極導線(5-2)分別與電磁線圈(5)的兩...

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄭飛，
申請(專利權)人：鄭飛，
類型：新型
國別省市：吉林,22