[發(fā)明專利]一種人體心臟搏動的滑動式靜電俘能裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810449867.3
• 申請日: 2018-05-11
• 公開（公告）號: CN108880318B
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張鶴;呂朝鋒;杜洋坤;駱季奎;董樹榮
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 黃歡娣;邱啟旺

本發(fā)明提供一種人體心臟搏動的滑動式靜電俘能裝置，該俘能裝置應(yīng)用于人體心臟搏動能量的采集，包括兩個俘能部件和依附部件，俘能部件包括內(nèi)層基材、外層基材，以及設(shè)置在基材表面的介電材料層；內(nèi)外層基材表面的介電材料層相互接觸，且極性相反；心臟搏動的動態(tài)信號通過依附部件傳至俘能部件，使得內(nèi)外層基材表面的介電材料層之間發(fā)生摩擦，分別產(chǎn)生正負電荷，形成電勢能，輸入至置入式電子設(shè)備。本發(fā)明具有使用壽命長、易與其他加工工藝集成、高能量轉(zhuǎn)化率的優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及滑動式摩擦發(fā)電俘能裝置，尤其涉及一種人體心臟搏動的滑動式摩擦發(fā)電俘能裝置。

背景技術(shù)

當今，人體置入式電子設(shè)備在醫(yī)療領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，其能耗問題備受關(guān)注，一般情況下，人體置入式電子設(shè)備的電池能源在5到7年即會耗盡，進行更換電池的手術(shù)不僅麻煩，而且價格昂貴，而心臟搏動能量的采集可能是解決這一問題的理想方法。目前對心臟能量采集方面的研究思路主要分為采集心臟搏動的能量以及采集心腔壓差的能量，使用的能量傳感器主要分為電磁、靜電、壓電，但限于材料和工藝水平、能量轉(zhuǎn)換效率、生物相容性等問題，將心臟能量采集技術(shù)投入實際應(yīng)用仍需進一步的研究。常用的心臟俘能技術(shù)有壓電式能量采集器、壓片式發(fā)電機等等。如采用壓電式能量采集器，其心率使用范圍較窄；如采用壓片式發(fā)電機，其能量轉(zhuǎn)化效率較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種應(yīng)用于心臟俘能的摩擦發(fā)電俘能裝置，能采集心臟搏動能量并為人體置入式電子設(shè)備提供電能，該裝置具有微型化、易加工、較高的能量轉(zhuǎn)化率等優(yōu)點，且具有較好的生物兼容性。

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種人體心臟搏動的滑動式靜電俘能裝置，該俘能裝置采集心臟搏動能量，并將給能量轉(zhuǎn)換為電能，用于人體置入式電子設(shè)備的供電，包括兩個俘能部件和依附部件，俘能部件包括內(nèi)層基材、外層基材，以及設(shè)置在基材表面的介電材料層；內(nèi)外層基材表面的介電材料層相互接觸，且極性相反；依附部件包括內(nèi)外兩層可調(diào)節(jié)圍度的綁帶，內(nèi)層綁帶將兩個內(nèi)層基材串聯(lián)形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，外層綁帶將兩個外層基材串聯(lián)形成環(huán)形結(jié)構(gòu)；心臟搏動的動態(tài)信號通過綁帶傳至俘能部件，使得內(nèi)外層基材表面的介電材料層之間發(fā)生摩擦，分別產(chǎn)生正負電荷，形成電勢能。

進一步地，介電材料層和基材之間具有電極層，俘能部件通過電極層實現(xiàn)電能輸出。

進一步地，所述俘能部件還包括限位套，內(nèi)層基材和外層基材位于限位套內(nèi)，用于限制兩個基材的相對運動沿心臟圓周方向，且保證兩層介電材料層相互接觸。

進一步地，所述限位套為一開有中心通孔的長方體形套件。

進一步地，內(nèi)外兩層綁帶都分為彈性部分和非彈性部分，且內(nèi)層綁帶和外層綁帶的彈性部分不在俘能部件的同側(cè)。

進一步地，心臟收縮時，兩個介電材料層之間的內(nèi)表面完全接觸，由于兩種介電材料極性相反，兩個介電材料層表面分別形成極性相反的電荷；心臟擴張時，外層基材和內(nèi)層基材拉動彈性帶發(fā)生相對滑動的過程中，產(chǎn)生電勢差。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明將摩擦發(fā)電單元通過電線串聯(lián)起來，內(nèi)置于封裝材料，包覆于心臟外表面，可以根據(jù)其力電轉(zhuǎn)換特性，能夠?qū)⑿呐K搏動的機械能轉(zhuǎn)化為電能，為置入式電子設(shè)備供電。相較于現(xiàn)有的心臟俘能裝置，本發(fā)明具有使用壽命長、易與其他加工工藝集成、高能量轉(zhuǎn)化率的優(yōu)勢。

附圖說明

圖1是該心臟俘能裝置整體的結(jié)構(gòu)圖。

圖2是該心臟俘能裝置介電材料在基板上的分布示意圖。

圖3是圖1所示心臟俘能裝置的橫向剖面圖。

圖4是圖1所示心臟俘能裝置的縱向剖面圖。

圖5是該心臟俘能裝置在心臟擴張時的狀態(tài)示意圖。

圖6是該心臟俘能裝置在心臟收縮時的狀態(tài)示意圖。