[发明专利]鞋垫式压电发电机

说明书

技术领域

本发明涉及新能源领域，尤其涉及一种鞋垫式压电发电机。

背景技术

日常生活中，人体时时刻刻都在消耗能量，并将能量耗散在环境中。利用这一特点，人们已经设计出各类可穿戴的、用于收集人体能量的器件。其中，能够收集人体运动产能的鞋内发电机是一个重要方向。目前，典型的鞋内发电机有采用压电陶堆叠的鞋内压电发电机、利用压电陶瓷和压电薄膜制作的复合式鞋内发电机和静电发电机等。此类鞋内发电机虽然起到了能量收集的作用，但均具有普适性差、舒适性差、结构复杂且耐久性不足的缺点，不利于鞋内发电机的市场化、商品化。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种具有良好舒适性、普遍适用于各类鞋子的鞋垫式压电发电机。

在本发明的一个实施例中，鞋垫式压电发电机，包括：上保护层和下保护层，所述上保护层位于所述下保护层之上，所述上保护层和所述下保护层均为鞋垫形状；至少一个压电发电单元，所述至少一个压电发电单元位于所述上保护层和所述下保护层之间，每个所述压电发电单元包括：上齿层和下齿层，所述上齿层位于所述的下齿层之上，所述上齿层的下表面包括交替排列的上齿条和上齿槽，所述下齿层的上表面包括交替排列的下齿槽和下齿条，所述上齿条与所述下齿槽相对并且所述上齿槽与所述下齿条相对；和压电薄膜，所述压电薄膜位于所述上齿层和所述下齿层之间；以及电源管理模块，所述电源管理模块位于所述上保护层和所述下保护层之间，所述电源管理模块与所述至少一个压电发电单元中的所述压电薄膜相连。

在本发明的一个实施例中，所述鞋垫式压电发电机包括两个所述压电发电单元，两个所述压电发电单元分别位于所述鞋垫式压电发电机中前脚掌对应位置和后脚跟对应位置，并且所述电源管理模块位于所述鞋垫式压电发电机中的足弓对应位置。

在本发明的一个实施例中，电源管理模块具体包括：整流模块，所述整流模块与所述压电薄膜相连，用于将交流电整流为直流电；储能模块，所述储能模块与所述整流模块相连，用于储存电能；和输出控制模块，所述输出控制模块与所述储能模块相连，用于控制电能输出。

在本发明的一个实施例中，所述压电薄膜的材料为聚偏氟乙烯。

在本发明的一个实施例中，所述压电薄膜的厚度范围为10～1000μm。

在本发明的一个实施例中，所述压电薄膜的压电应变常数满足d31>10pC/N并且d33>10pC/N。

在本发明的一个实施例中，所述压电薄膜的弹性极限大于10Mpa。

在本发明的一个实施例中，所述上齿层和所述下齿层的材料为软质材料。

在本发明的一个实施例中，所述上齿条和所述下齿条的截面为梯形、三角形、弓形或矩形。

在本发明的一个实施例中，所述上齿层和所述下齿层之间包括多层压电薄膜，所述多层压电薄膜堆叠放置且并联连接，所述堆叠放置的各个所述压电薄膜的表面绝缘。

根据本发明实施例的鞋垫式压电发电机，结构简单、脚感舒适、适用于普通鞋子。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例的鞋垫式压电发电机的俯视图示意图；

图2是图1所示的鞋垫式压电发电机的A-A截面的主视图；

图3是图1所述的鞋垫式压电发电机的压电发电单元的结构示意图；

图4a是本发明实施例的鞋垫式压电发电机受力时压电发电单元的状态示意图；

图4b是本发明实施例的鞋垫式压电发电机未受力时压电发电单元的状态示意图；

图5是本发明实施例的鞋垫式压电发电机中压电单元和电源管理模块的布局示意图；

图6是本发明实施例的鞋垫式压电发电机中电源管理模块的框架图；

图7a是本发明实施例的具有三角形齿单元的压电发电单元的结构示意图；

图7b是本发明实施例的具有矩形齿单元的压电发电单元的结构示意图；和

图8是本发明实施例的鞋垫式压电发电机中具有弓形齿单元的上齿层、下齿层的齿单元示意图。

具体实施方式