[发明专利]一种地砖式冲击能量收集装置及其能量收集方法

说明书

本发明公开了一种地砖式冲击能量收集装置及其能量收集方法。现有的地板砖普遍都是通过人体对压电能量收集单元直接接触的方式，这样对压电单元的寿命会有很大影响，而且人体行走时对地板砖所产生的能量为冲击能量。本发明一种地砖式冲击能量收集装置，包括顶板、底座和冲击能量收集机构。冲击能量收集机构包括第一弹簧、指压块、第二弹簧、振板、能量收集座、第一永磁铁、第二永磁铁、气囊和压电片。本发明通过弹簧系统，将瞬间的冲击能转换为弹簧的弹性势能，起到蓄能作用，避免了能量浪费。本发明通过磁铁对压电能量收集单元产生力的作用，避免了直接接触对压电单元的损耗，提高了地板砖的使用寿命。

技术领域

本发明属于能量回收利用技术领域，具体涉及一种地砖式冲击能量收集装置及其能量收集方法。

背景技术

现如今，人们对能源的需求越来越大，许多研究都集中在能量收集这一领域。这些研究的主要目的是将浪费的能源进行回收并转化为有用的能量。生活中，人体行走时所产生的运动能量特别是足部反复踩地时人体及其负重所产生的机械能存在着巨大的利用潜力。正常情况下，一个人每天行走步数能达到上万步，若是能够将此能量进行有效回收利用，那么节能效果将会十分明显。因此，人体行走能量的高效回收、存储、再利用技术具有很大潜力。

在人体行走能量回收方面，目前国内外研究人员普遍是以人体行走时所产生的机械能转换为可用的电能，主要用于解决可穿戴电子设备的供电问题。其原理是将装置内元件的运动位移或机械变形转化为电能以实现能量回收，通常借助压电材料、静电电容或电磁感应原理能量收集。其中，基于压电效应回收人体行走能量的研究最广泛，基于人体能量的压电能量收集的研究包括从肘关节或手指关节弯曲获得的能量，膝关节植入物，插入鞋底下的压电模块，或四肢的运动。然而，由于安装面积的限制，并且一些穿戴式能量收集装置会使人体感觉到不适，故这种能量收集方式存在一定弊端。随后，又有一些新的研究，将装置独立出来，不再通过人体穿戴，如运用到地板砖等。然而，现有的地板砖普遍都是通过人体对压电能量收集单元直接接触的方式，这样对压电单元的寿命会有很大影响，而且人体行走时对地板砖所产生的能量为冲击能量，只在接触的瞬间对压电单元作用，无法持续，因此会造成很大的能量流失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地砖式冲击能量收集装置及其能量收集方法。

本发明一种地砖式冲击能量收集装置，包括顶板、底座和冲击能量收集机构。所述的冲击能量收集机构包括第一弹簧、指压块、第二弹簧、振板、能量收集座、第一永磁铁、第二永磁铁、气囊和压电片。能量收集座固定在底座内。能量收集座的顶部开设有m个安置槽。所述安置槽的底面及侧面上均设置有压电片。各安置槽内均放置有气囊。气囊与对应安置槽内的各压电片接触。m个气囊的顶面均固定有第二永磁铁。能量收集座的顶面设置有多个第一弹簧。各第一弹簧的顶端均与振板的底面固定。

所述振板的底面固定有m个第一永磁铁。m个第一永磁铁与m个第二永磁铁分别对齐，且相互对应的第一永磁铁与第二永磁铁的相对端磁极极性相同。所述的顶板固定在底座上，且位于振板的正上方。顶板上开设有n个滑移孔。n个指压块穿过顶板上的n个滑移孔。n根第二弹簧的一端与n个指压块的底端分别固定，另一端均与振板固定。

进一步地，所述的指压块由滑柱和指压头组成。滑柱的顶端与指压头固定。指压头呈半球形。n个指压块内的滑柱与顶板上的n个滑移孔分别构成滑动副。

进一步地，所述的底座的底部的其中一条边缘处设置有卡条，其余三条边缘处均设置有卡槽。卡条与卡槽的形状对应。

进一步地，所述的能量收集座上固定有端盖。端盖高于m个气囊。端盖上开设有m个让位通孔。m个第二永磁铁分别位于m个让位通孔内。

进一步地，m＝4，四个安置槽呈2×2矩阵状排布。

进一步地，各压电片均采用多层式结构，且与压电能量收集模块连接。

该冲击能量发电装置的发电方法具体如下：