[发明专利]一种同步输出可穿戴压电振动能量收集装置

说明书

本发明提供了一种同步输出可穿戴压电振动能量收集装置，包括腔体、踏板、丝杆、丝母、单向轴承、传动轴、弹簧、大齿轮、小齿轮、销轴、止推轴承、拨片飞轮、压电悬臂梁；所述踏板固定于丝杆的一端；所述丝杆另一端与丝母配合；所述丝母配合于单向轴承内圈；所述传动轴一端与单向轴承外圈配合，另一端与止推轴承的内圈配合；所述弹簧一端固定于传动轴底端，另一端为自由端；所述大齿轮固定于传动轴一端；所述小齿轮与大齿轮啮合，且固定于销轴一端；所述销轴与止推轴承内圈配合；所述拨片飞轮固定于销轴另一端；所述压电悬臂梁一端固定于腔体，另一端为自由端。本发明提供了一种同步输出可穿戴压电振动能量收集装置，实现具有高效、同步且持续性输出电能的能量收集。

技术领域

本发明属于应用于微能量收集领域，特别涉及一种可穿戴的能量收集装置。

背景技术

自2008年以来，基于传感技术的可穿戴设备得到了迅猛发展。目前，其主流产品形态包括以手腕为支撑的watch类(包括手表和腕带等产品)，以脚为支撑的shoes类(包括鞋、袜子或腿上佩戴产品)，以头部为支撑的Glass类(包括眼镜、头盔、头带等)，以及智能服装、书包、拐杖、配饰等各类非主流产品形态。

可穿戴设备作为一种移动终端，电池的续航能力是关键，但是运动跟踪设备、智能手表、智能珠宝等可穿戴产品都没多大空间来容纳大容量电池。目前市面上大部分可穿戴设备的续航时间仅为2天左右，甚至在24小时左右，频繁地充电给可穿戴设备充电给用户体验带来了很大的不便。

针对可穿戴设备如何实现自供能，研究人员提出了可以实现从周围环境吸收能量的能量收集器解决方案。目前，太阳能、热电供能方式已应用到可穿戴设备中，但是太阳能的能量输出大小及收集效率受阴雨天气、体积等缺点的限制；也有研究者采用热电的供能方式，如Oranqe推出了一款名为Power Welties的充电靴，通过脚部两层陶瓷薄片热、冷的温度差转化为电压输出电能为手机等数码产品充电，但是这种供能方式必需要求足够的温度差(T≈40°,能量转化效率μ≤1％)才可以输出有效的电能。相比于光、热能，振动能是人体可以随时随地、无限制产生的机械能，且不受天气、温度的影响。在振动能量收集器当中，主要类型有压电式、静电式以及电磁式压电式振动能量收集器。针对客串设备的应用，国内外已经提出了各种各样的解决方案，比如MIT实验室的研究人员提出了基于拱形的发电鞋，通过人体接触式的向下作用力发生形变产生电能，该发电鞋利用非谐振工作模式发电，其能量收集效率低且受人体运动频率的影响，很难实现连续的电能输出。2017年英国埃克塞特大学提出了一种应用于膝关节运动的阵列式压电悬臂梁能量收集器，通过磁铁带动外环旋转把人体的运动转换为对高频悬臂梁的冲击，该能量收集器虽然采用谐振工作模式提升了能量转化效率，但其同样村受人体运动频率限制而无法实现持续性的电能输出的缺点。同年，中国人民解放军后勤工程学院(201710221721.9)申请了应用于人体的能量收集装置，同样存在受人体运动频率限制而无法实现持续性的电能输出的缺点，且存在无法同时激励多个悬臂梁而无法同步输出电能的问题，从而无法实现具有高效、同步且持续性输出电能的能量收集。

发明内容

本发明针对上述存在的技术问题，提供一种同步输出可穿戴压电振动能量收集装置，实现具有高效、同步且持续性输出电能的能量收集。

为了解决上述的技术问题，本发明了一种同步输出可穿戴压电振动能量收集装置，包括腔体、踏板、丝杆、丝母、单向轴承、传动轴、弹簧、大齿轮、小齿轮、销轴、止推轴承、拨片飞轮、压电悬臂梁；

所述踏板固定于丝杆的一端；所述丝杆另一端与丝母配合；所述丝母配合于单向轴承内圈；所述传动轴一端与单向轴承外圈配合，另一端与止推轴承的内圈配合；所述弹簧一端固定于传动轴底端，另一端为自由端；所述大齿轮固定于传动轴一端；所述小齿轮与大齿轮啮合，且固定于销轴一端；所述销轴与止推轴承内圈配合；所述拨片飞轮固定于销轴另一端；所述压电悬臂梁一端固定于腔体，另一端为自由端；