人体脚踏运动能量的俘获存储装置

1.本发明属于能量俘获装置技术领域，涉及一种人体脚踏运动能量的俘获存储装置。


背景技术：

2.随着近些年无线传感技术的不断进步，可穿戴设备得到了长足发展。目前，传统的可穿戴设备主要由化学电池供电。
3.人体在日常的活动中能够产生大量能量，其中足部产生的激励具有更大的位移、加速度以及足底压力。因此，可以从人体运动产生的振动中收集能量为可穿戴设备提供动力。收集人体在行走时足部的机械能，通过能量管理电路的整理之后存储为穿戴装置供电，能有效的弥补传统化学电池供电寿命有限，污染环境且需要频繁更换的缺陷。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种人体脚踏运动能量的俘获存储装置，具有可以将人体运动的机械能转化为电能的特点。
5.本发明的方案为，人体脚踏运动能量的俘获存储装置包括壳体，壳体为内部空心且一端开口的长方体，壳体底部内表面设有矩形的凸台，凸台顶端表面固接有压电片支撑组，壳体内部设有固定轴和活动轴，固定轴和活动轴平行设置；
6.固定轴中部套接有凹形的踏板，固定轴与踏板连接的裸露部分套接有扭簧，扭簧位于固定轴在踏板凹形露出部，扭簧一端嵌入踏板内部，另一端嵌入凸台内部，踏板远离固定轴的一端设有弧形齿条；活动轴中部套接有齿轮，齿轮两端均设有侧表面多个叶片的转盘，弧形齿条与齿轮啮合，转盘卡紧压电片支撑组；
7.压电片支撑组包括矩形的固定台，固定台的顶面和底面固接有长条形的支撑梁，支撑梁表面设有压电层，支撑梁与凸台固接；转盘卡紧压电层；
8.压电层导线连接有整流桥，整流桥导线连接有储能电容。
9.本发明的特点还在于：凸台、支撑梁和固定台采用圆头螺钉固定连接；
10.整流桥和储能电容固接在壳体底部；
11.压电层为长条形状；
12.支撑梁为导电材料，支撑梁与整流桥导线连接；
13.固定轴两端套接轴承，活动轴两端套接轴承。
14.本发明的有益效果是：
15.1.本发明人体运动能量的俘获存储装置，通过将踩踏踏板下压，使弧形齿条带动齿轮与转盘转动，转盘叶片拨动压电层，收集人体在行走时足部的机械能，通过整流桥的整理后为可穿戴电子设备供电；
16.2.本发明人体运动能量的俘获存储装置通过设置扭簧，让足部踏板向下和向上时，都可以将压电层和支撑梁拨动，使供电方式稳定且持续；
17.3.本发明装置通过设置长方体的外壳使整体布局结构更加简单，且实用性更强。
附图说明
18.图1是本发明人体脚踏运动能量的俘获存储装置的结构示意图；
19.图2是本发明人体脚踏运动能量的俘获存储装置中踏板的结构示意图；
20.图3是本发明人体脚踏运动能量的俘获存储装置中凸台和压电片支撑组的结构示意图；
21.图4是本发明人体脚踏运动能量的俘获存储装置中活动轴上齿轮及转盘的结构示意图；
22.图5是本发明人体脚踏运动能量的俘获存储装置中踏板、齿轮、转盘的配合结构示意图；
23.图6是本发明人体脚踏运动能量的俘获存储装置中支撑梁、压电层、转盘的初始状态结构示意图；
24.图中，1.壳体，2.凸台，3.压电片支撑组，301.固定台，302.支撑梁，303.压电层，4.固定轴，5.踏板，6.弧形齿条，7.活动轴，8.齿轮，9.转盘，10.整流桥，11.储能电容，12.扭簧。
具体实施方式
25.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
26.本发明提供一种人体脚踏运动能量的俘获存储装置，如图1所示，包括壳体1，壳体1为三块侧板固接构成的一个内部空心且一端开口的长方体，壳体1两侧设有开口，减轻装置整体重量，壳体1底部的内表面固接有一个长方体的凸台2，如图3所示，凸台2顶端表面通过圆头螺钉固接有压电片支撑组3，压电片支撑组3包括矩形的固定台301，固定台301的顶面和底面均固接有两个长条形状的支撑梁302，固定台301、支撑梁302及凸台2开设有相同的通孔，采用圆头螺钉固定连接，支撑梁302为导电材质并表面固接有压电层303；
27.壳体1的底部固接有导线连接的储能电容11和整流桥10，支撑梁302及压电层303导线与整流桥10通过导线连接，增强机械能转化为电能的效率。
28.壳体1的内部平行设置有一根固定轴4和一根活动轴7，如图2所示，固定轴4不能转动且套接有凹形的踏板5和扭簧12，固定轴4与踏板5连接的裸露部分套接有扭簧12，固定轴4两端安装有减轻摩擦的轴承，扭簧12一端嵌入踏板5内部，另一端嵌入凸台2内部，踏板5远离固定轴4的一端设有弧形齿条6；活动轴7中部套接有齿轮8，如图4所示，齿轮8两端设有带叶片的转盘9，弧形齿条6与转盘9啮合，转盘9的叶片卡紧支撑梁302及压电层303。
29.使用本发明一种人体脚踏运动能量的俘获存储装置，具体工作过程如下：如图5和图6所示，初始状态时，踏板5与壳体1底部表面呈钝角，支撑梁302和压电层303的活动端插入转盘9的叶片缝隙中；
30.当人体通过行走动作踩踏踏板5时，踏板5下压，弧形齿条6因与齿轮8啮合，带动齿轮8转动，齿轮8带动两侧的转盘9共同顺时针旋转，此时，转盘9的叶片拨动支撑梁302和压电层303的活动一端，带动压电层303和支撑梁302产生形变，此时通过导线传输至整流桥10和储能电容11，完成将机械能转为电能。
31.当人体足部离开踏板5时，扭簧12的恢复力将推动踏板5回复初始位置，此时，与齿轮8啮合的弧形齿条6随踏板向上移动，带动齿轮8转动，齿轮8带动两侧的转盘9共同逆时针旋转，带动压电层303和支撑梁302产生形变，此时通过导线传输至整流桥10和储能电容11，完成将机械能转为电能。
32.本发明提供一种人体脚踏运动能量的俘获存储装置，优点在于：通过将踩踏踏板下压，使弧形齿条带动齿轮与转盘转动，转盘叶片拨动压电层，收集人体在行走时足部的机械能，通过整流桥的整理后为可穿戴电子设备供电；通过设置扭簧，让足部踏板向下和向上时，都可以将压电层和支撑梁拨动，使供电方式稳定且持续；通过设置长方体的外壳使整体布局结构更加简单，且实用性更强。


技术特征：
1.人体脚踏运动能量的俘获存储装置，其特征在于，包括壳体(1)，所述壳体(1)为内部空心且一端开口的长方体，所述壳体(1)底部内表面设有矩形的凸台(2)，所述凸台(2)顶端表面固接有压电片支撑组(3)，所述壳体(1)内部设有固定轴(4)和活动轴(7)，所述固定轴(4)和活动轴(7)平行设置；所述固定轴(4)中部套接有凹形的踏板(5)，所述固定轴(4)与踏板(5)连接的裸露部分套接有扭簧(12)，所述扭簧(12)位于所述固定轴(4)在踏板(5)凹形露出部，所述扭簧(12)一端嵌入所述踏板(5)内部，另一端嵌入所述凸台(2)内部，所述踏板(5)远离所述固定轴(4)的一端设有弧形齿条(6)；所述活动轴(7)中部套接有齿轮(8)，所述齿轮(8)两端均设有侧表面多个叶片的转盘(9)，所述弧形齿条(6)与所述齿轮(8)啮合，所述转盘(9)卡紧所述压电片支撑组(3)；所述压电片支撑组(3)包括矩形的固定台(301)，所述固定台(301)的顶面和底面固接有长条形的支撑梁(302)，所述支撑梁(302)表面设有压电层(303)，所述支撑梁(302)与所述凸台(2)固接；所述转盘(9)卡紧所述压电层(303)；所述压电层(303)导线连接有整流桥(10)，所述整流桥(10)导线连接有储能电容(11)。2.根据权利要求1所述的人体脚踏运动能量的俘获存储装置，其特征在于，所述凸台(2)、支撑梁(302)和固定台(301)采用圆头螺钉固定连接。3.根据权利要求1所述的人体脚踏运动能量的俘获存储装置，其特征在于，所述整流桥(10)和储能电容(11)固接在所述壳体(1)底部。4.根据权利要求1所述的人体脚踏运动能量的俘获存储装置，其特征在于，所述压电层(303)为长条形状。5.根据权利要求2所述的人体脚踏运动能量的俘获存储装置，其特征在于，所述支撑梁(302)为导电材料，所述支撑梁(302)与所述整流桥(10)导线连接。6.根据权利要求1所述的人体脚踏运动能量的俘获存储装置，其特征在于，所述固定轴(4)两端套接轴承，所述活动轴(7)两端套接轴承。

技术总结
本发明公开了人体脚踏运动能量的俘获存储装置，包括壳体，壳体为内部空心且一端开口的长方体，壳体底部内表面设有凸台，壳体内部设有固定轴和活动轴，固定轴和活动轴平行设置；固定轴中部套接有凹形的踏板，固定轴与踏板连接的裸露部分套接有扭簧，扭簧一端嵌入踏板内部，另一端嵌入凸台内部，踏板远离固定轴的一端设有弧形齿条；活动轴中部套接有齿轮，齿轮两端均设有转盘，弧形齿条与齿轮啮合，转盘卡紧压电片支撑组；压电片支撑组包括固定台，固定台的顶面和底面固接有长条形的支撑梁，支撑梁表面设有压电层，支撑梁与凸台固接，压电层导线连接有整流桥和储能电容；本发明具有可以将人体运动的机械能转化为电能的特点。有可以将人体运动的机械能转化为电能的特点。有可以将人体运动的机械能转化为电能的特点。


技术研发人员：王旭鹏 李明阳 周雅雯
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：2023.03.29
技术公布日：2023/6/28