基于壓電陶瓷發(fā)電技術(shù)的走路發(fā)電鞋

1、基于壓電陶瓷發(fā)電技術(shù)的走路發(fā)電鞋可以給電池充電的鞋子背景v社會的發(fā)展引起一系列的環(huán)境問題，傳統(tǒng)的化石燃料對環(huán)境污染嚴(yán)重，且日益枯竭，尋找新能源成為當(dāng)務(wù)之急。環(huán)境周圍的能量比如振動能，噪聲卻很少關(guān)注，尤其是人體運動產(chǎn)生的振動。作品國內(nèi)外研究現(xiàn)狀v美國研究人員充分利用人體動能，開發(fā)一種裝置，放入鞋內(nèi)，邊走路邊發(fā)電，他們這種技術(shù)的原理是充分運用了現(xiàn)在的一種先進的能量收集技術(shù)逆向電潤濕（利用讓微型液滴流動的能量轉(zhuǎn)化為電能）v 另外在美國研究人員還研究出了一款利用病毒發(fā)電的新型發(fā)電器，這款和普通紙張一樣輕薄的發(fā)電器上覆蓋有經(jīng)過特殊處理的無害病毒，在放在鞋子里后，這種病毒就能夠把人們走路時產(chǎn)生的動能轉(zhuǎn)化為

2、電能。v在國內(nèi)對這種鞋子的研究還不是很普遍，最常見的是利用電磁感應(yīng)原理，在鞋子內(nèi)裝上一個感應(yīng)線圈，利用電磁感應(yīng)來發(fā)電，此種技術(shù)相對簡單，并且鞋子的制作成本也低，但是如果在鞋子內(nèi)裝上一個線圈會加重鞋子的重量。v還有一種方法就是利用壓電陶瓷來發(fā)電，這種技術(shù)相比較于利用電磁感應(yīng)發(fā)電說，鞋子的重量會大大減輕，但發(fā)電能力有限，可以通過多壓電片串并聯(lián)的方式獲得所需的電壓和電流。v本文就是利用壓電陶瓷發(fā)電的方式。通過在鞋底夾層中放入一塊壓電陶瓷片，走路時腳跟對鞋底的壓電片產(chǎn)生壓力，通過正壓電效應(yīng)將壓力能轉(zhuǎn)化為電能，將電能儲存在微型電池中。整體結(jié)構(gòu)示意圖 壓電陶瓷發(fā)電裝置 整流電路 超級電容穩(wěn)壓充電電路 微型

3、電池需要供電的設(shè)備基于壓電陶瓷發(fā)電技術(shù)的走路發(fā)電鞋共有五部分構(gòu)成，分別為壓電陶瓷發(fā)電裝置、整流電路、超級電容、穩(wěn)壓充電電路和微型電池壓電效應(yīng)原理圖v具有壓電效應(yīng)的晶體稱為壓電晶體v當(dāng)沿著晶片的某些方向施加作用力使晶片發(fā)生形變后，晶片上相對的兩個表面會出現(xiàn)等量的正、負電荷壓電陶瓷發(fā)電裝置介紹v壓電陶瓷發(fā)電裝置的核心是壓電振子v由于陶瓷材料很脆，所以一般不直接將壓電材料作為壓電振子來使用，而是將壓電陶瓷和某種金屬彈性材料粘合在一起共同構(gòu)成壓電振子。壓電陶瓷發(fā)電裝置的電學(xué)等效模型v當(dāng)壓電振子在壓力作用下上下表面產(chǎn)生電荷，其相當(dāng)于一個電容，電容在其兩極產(chǎn)生電荷后就儲存了一定的能量。v壓電振子可以簡化為

4、一個正弦電流源，與內(nèi)在的電極電容并聯(lián)整流電路v壓電振子在交變的外力或有規(guī)則的沖擊作用下，其電壓和電流都呈現(xiàn)交變特性，而給微型電池充電需要穩(wěn)壓直流，故需對其進行整流。為了盡可能提高輸出電壓，設(shè)計了三倍壓整流電路超級電容電路v將壓電振子產(chǎn)生的電能用超級電容儲存的電路穩(wěn)壓充電電路v壓電陶瓷發(fā)電裝置產(chǎn)生的電壓和電流都不穩(wěn)定，瞬時電壓存在著突變，而微型電池充電時需要的電源為恒壓恒流，這就需要把突變的電流和電壓轉(zhuǎn)化為恒定的。v當(dāng)電池充好電以后，我們可以利用數(shù)據(jù)線連接好手機與電池，給手機電池充電了，這樣我們就不用擔(dān)心外出旅游手機沒電了。創(chuàng)新點v1、因為利用壓電陶瓷材料的壓電效應(yīng)進行電能轉(zhuǎn)換國內(nèi)對此研究才剛剛開始，并且在鞋底這么小的空間內(nèi)裝上發(fā)電裝置，壓電陶瓷材料也能有效的節(jié)約空間。v2、單片壓電陶瓷片發(fā)電能力較弱，并且已經(jīng)分析得出只有當(dāng)壓電陶瓷極間電容和存儲電容相等時才能達到最大的能量傳輸效率。因此為了解決上述兩個問題采用多壓電陶瓷片并聯(lián)的方式。v3、在充電