[發明專利]一種柔順強驅式人體能量采集器

有效

• 申請號: 202010011802.8
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111146905B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 鄒鴻翔;李猛;姚明儒;廖思華;魏克湘;王媚;譚海云;易偉鑫
• 申請（專利權）人: 湖南工程學院
• 主分類號: H02K7/18
• 分類號: H02K7/18;H02K7/116;H02K1/27;H02K11/30;H02K7/08;H02N2/18
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 楊軍

本發明涉及一種柔順強驅式人體能量采集器，包括復合發電裝置、繩索和人體固定端，復合發電裝置包括升頻齒輪、復位彈簧、內棘輪、永磁體安裝輪、永磁體、感應線圈、壓電屈曲梁，升頻齒輪固定在底板上，升頻齒輪與內棘輪端部齒輪嚙合連接，且升頻齒輪的齒數大于內棘輪端部齒輪的齒數，復位彈簧安裝在升頻齒輪與底板之間，永磁體安裝輪在內棘輪的驅動下單向旋轉，永磁體安裝輪沿圓周陣列內嵌若干永磁體，內棘輪與永磁體安裝輪均安裝在頂板上，能量管理電路板與感應線圈均安裝在頂板上，能量管理電路板與感應線圈及壓電屈曲梁電連接；本發明能夠避免機械結構長時間佩戴摩擦對人體的損傷，盡可能的減小了對人體運動的影響，且具有較高的驅動力。

[技術領域]

本發明涉及能量采集技術領域，具體地說是一種柔順強驅式人體能量采集器。

[背景技術]

微電子器件廣泛應用于工業、軍事、航空航天、生物醫學、環境監測、消費電子等諸多領域。目前，這些設備主要由化學電池供電，其壽命有限且對環境有害。隨著新型材料、微納制造和集成電子等技術的迅速發展，微電子器件所需的能耗顯著降低。而人體在進行日常活動時會產生大量的能量消散在環境之中。從人體運動俘獲生物機械能量，取代傳統電池或延長傳統電池壽命，為便攜式和可穿戴微小機電系統供電，不僅可持續、節能環保，而且可以實現許多自供能的電子器件智能化功能，便捷、可靠。

目前，有三種主要的人體運動能量采集方式：腳踏、關節驅動和人體運動激振(基于質心垂直運動的人體運動激勵)。其中，腳踏可以產生1.2倍人體重量的作用力，需要綜合考慮器件重量、體積以及人體運動的舒適性和安全性。關節驅動力較大，但機械部件需要安置在人體關節部位，長時間佩戴摩擦會對人體造成損傷。人體運動激振復合發電裝置可以佩戴在人體耐受部位，比如肩部、臀部等，但人體運動激振比較微弱，發電功率較小。總的來說，國內外關于兼顧人體運動能量采集裝置輸出功率與人體舒適度研究還較缺乏。

[發明內容]

本發明的目的就是要解決上述的不足而提供一種柔順強驅式人體能量采集器，能夠避免機械結構長時間佩戴摩擦對人體的損傷，盡可能的減小了對人體運動的影響，且具有較高的驅動力，解決了現有人體能量采集裝置輸出功率低、對人體運動影響大等問題。

為實現上述目的設計一種柔順強驅式人體能量采集器，包括復合發電裝置1、繩索2和人體固定端3，所述復合發電裝置1固定在人體臀部，所述人體固定端3固定在人體小腿以下，所述復合發電裝置1與人體固定端3之間通過繩索2連接，所述復合發電裝置1包括升頻齒輪4、復位彈簧5、內棘輪6、永磁體安裝輪7、永磁體8、感應線圈9、壓電屈曲梁10，所述繩索2連接在升頻齒輪4上，所述升頻齒輪4安裝在底板安裝軸11上，所述底板安裝軸11固定在底板12上，所述升頻齒輪4上方設置有內棘輪6，所述升頻齒輪4與內棘輪6端部齒輪嚙合連接，且升頻齒輪4的齒數大于內棘輪6端部齒輪的齒數，所述復位彈簧5安裝在升頻齒輪4底部且位于升頻齒輪4與底板12之間，所述永磁體安裝輪7設置在內棘輪6內側，并在內棘輪6的驅動下單向旋轉，所述永磁體安裝輪7沿圓周陣列內嵌若干永磁體8，若干永磁體8磁極交錯布置，所述內棘輪6與永磁體安裝輪7均安裝在頂板安裝軸13上，所述頂板安裝軸13固定在頂板14上，所述永磁體安裝輪7上方設有能量管理電路板15和若干感應線圈9，所述能量管理電路板15與感應線圈9均安裝在頂板14上，若干感應線圈9沿圓周陣列且線圈繞向交錯布置，所述感應線圈9串聯并與永磁體8相對設置，所述能量管理電路板15與感應線圈9及壓電屈曲梁10電連接，所述壓電屈曲梁10設于內棘輪6下方并安裝在底板12上。

進一步地，所述壓電屈曲梁10包括壓電屈曲梁安裝架21、屈曲彈性梁22、壓電片23和壓電驅動永磁體24，所述壓電片23粘接于屈曲彈性梁22兩端，所述壓電驅動永磁體24固定置于屈曲彈性梁22中間，所述屈曲彈性梁22固定安裝在壓電屈曲梁安裝架21上且具有屈曲預應力，所述壓電屈曲梁安裝架21固定在底板12上。

進一步地，所述升頻齒輪4上沿周邊設有滑槽，所述繩索2安裝在滑槽內，所述升頻齒輪4在繩索2的帶動下旋轉。