[发明专利]步行者自生电源

说明书

本发明属于将其他类型能量转换为电能的装置，它涉及机-电转换、压电材料以及电路技术的综合应用。是一种新型的节能发电装置。

人类迈步行走时，身体重量压迫在脚底，重力势能在步行过程中不断转化为向下压迫的动能，最后转化为热量而耗散掉。为了能够利用这些每时每刻在人类足下被白白耗费的能量，将其转化为电能是途径之一。已见于文献的实现方式是将微型化的转子、定子、永磁铁、齿轮等部件安装于鞋跟和鞋底内，构成微型旋转式或平板式发电机，当人行走时，重力作用使电回路切割磁力线而发出电能。这样的实现方式从原理上说是可行的，但存在微型电机制造成本高、安装困难、步行环境下微电机工作可靠性差等缺陷，这是其投入实用的障碍。

本发明“步行者自生电源”是为有效利用人类行走过程中的重力势能而设计的，能够将步行过程中的机械能转换为电能，可以移作他用或就地消耗。

本发明是这样实现的：利用薄膜状压电型压力传感器将人体对脚底的脉冲式压力转化为电压脉冲，经过片状压电变压器放大后给微型电池充电而获得电能。装置简单，成本较低，可靠性高。

以下将参照附图对本发明的实施方法及工作原理作详细说明。

附图1是本发明的原理框图。

附图2是压力传感器的剖面图。

附图3是压电变压器的原理示意图。

附图4是本发明的一种具体实施方式的结构示意图。

参照附图1，本发明由压电传感器（1-1）、直流泄放电阻（1-2）、压电变压器（1-3）、整流二极管（1-4）、过压限幅器（1-5）、小开关（1-6）、微型电池（1-7）、限流电阻（1-8）、功率泄放电阻（1-9）和金属片（1-10）等组成。

参照附图2，所述压力传感器（1-1）由薄膜状压电型超低频压力传感器（2-1）和扁平圆柱形硬质合金封闭套（2-2）、耦合剂（2-3）、电极（2-4）、背衬材料（2-5）等构成。

所述传感器薄膜（2-1）由多层压电薄膜按机械串联（迭合）、电路并联的方式组成，以便降低传感器薄膜（2-1）的谐振频率并提高输出电压灵敏度，所产生的电信号由电极（2-4）通过引线送出。传感器薄膜（2-1）与所述封闭套（2-2）的弹性金属上表面之间通过耦合剂（2-3）联接为一体，这样可以避免过强的压力直接作用于传感器薄膜（2-1），又可防止湿气、脏物等的污染。

参照附图3，所述压电变压器（1-3）由经过极化处理的超低频压电陶瓷片（3-1）、驱动端电极（3-2）、负载端电极（3-3）等组成。当交变电信号加到所述驱动端电极（3-2）时，由于逆压电效应而在所述压电陶瓷片（3-1）内激发出接近于电信号驱动频率的机械振动，沿压电陶瓷片（3-1）内部传播而形成机械波动，波动在传播媒质界面发生反射，形成直达波与回波的迭加而产生驻波，由于正压电效应而使机械波动在所述负载端电极（3-3）转化为电信号输出。从驱动端电极（3-2）传送到负载端电极（3-3）的能量取决于交变电信号的驱动频率和压电陶瓷片（3-1）的机电谐振固有频率，当驱动频率接近于甚至等于固有频率时，压电陶瓷片（3-1）中将产生大幅度机械波动，在负载端电极（3-3）可获得提高很多的电压。所述超低频压电陶瓷片（3-1）由两个沿相反方向极化的横纵式压电元件构成，采用弯曲振动模式以获得低的谐振频率。

参照附图4，本发明的一种具体实施方式是：将所述压力传感器（1-1）置于鞋跟上表面内，将所述压电变压器（1-3）置于鞋帮后部一侧，将所述直流泄放电阻（1-2）、整流二极管（1-4）、过压限幅器（1-5）、微型电池（1-7）、功率泄放电阻（1-8）及小开关（1-6）置于鞋帮后部的另一侧，并用可打开的金属片（1-10）覆盖之，所述金属片（1-10）兼作电路的公共接地点和散热片，并可铭刻字样或图案而成为鞋上的装饰物。