一種人體呼吸能量收集裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種人體呼吸能量收集裝置，包括呼吸氣流動力組件和壓電口琴腔組件，其中呼吸氣流動力組件包括用于口罩、接口和通管，接口安裝在口罩上并位于人體鼻下位置，接口通過通管連接壓電口琴腔組件；壓電口琴腔組件包括振子固定管和壓電振子，振子固定管末端為呼吸氣流出入口，在振子固定管中段設(shè)有開口，在該開口上沿軸線方向安裝壓電振子，且壓電振子一端固定于振子固定管上，另一端自由懸空形成懸臂梁結(jié)構(gòu)。本發(fā)明能夠根據(jù)呼吸頻率確定簧片的共振頻率；再加上使用壓電振子的懸臂梁結(jié)構(gòu)，能很好保證壓電陶瓷在共振頻率下振動，產(chǎn)生最強(qiáng)烈變形，從而激發(fā)出最大壓電能。
【專利說明】一種人體呼吸能量收集裝置
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及小型發(fā)電裝置，特別是一種收集人體能量轉(zhuǎn)化為電能的裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]從人體中收集能量已經(jīng)有很長的歷史了，但由于能夠收集到的能量很少，無法得到有效應(yīng)用。近年來，低能耗電子裝置的出現(xiàn)使得人體產(chǎn)生能量為這些設(shè)備所用成為可能。人體產(chǎn)生能量的形式多種多樣，如擺臂，行走，膝蓋運(yùn)動以及體溫等等行為或生理產(chǎn)生的能量。
[0004]呼吸是另一種可以用于能量回收的人體能量。通過人體呼氣和吸氣，空氣完成了流入和流出的過程?？諝獾牧鲃幽墚a(chǎn)生一定壓力值，最大值達(dá)到空氣壓力的2%，這相當(dāng)于IW的能量。呼吸氣體流動的主要優(yōu)點(diǎn)是可以連續(xù)不斷產(chǎn)生，即使人在睡覺也要不斷呼吸，再者呼吸頻率在人體正常活動下基本不變。國內(nèi)外學(xué)者曾經(jīng)嘗試使用人體呼吸過程來作為能量回收的動能，2011年Chengliang Sun利用微帶狀PVDF成功捕獲呼吸能產(chǎn)生電壓，為nW_ μ W ;2012年Aidin Delnavaz and Jeremie Voix采用電磁生電原理,也能獲得輸出電壓為幾個μ W。如前所提，這些方法都只能產(chǎn)生較低的輸出電壓并且轉(zhuǎn)換效率低下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在 于提供一種利用壓電材料收集人體呼吸能而進(jìn)行發(fā)電的能量收
集裝置。
[0006]本發(fā)明所述的一種人體呼吸能量收集裝置，其特征在于包括呼吸氣流動力組件和壓電口琴腔組件，其中:
呼吸氣流動力組件包括用于口罩、接口和通管，接口安裝在口罩上并位于人體鼻下位置，接口通過通管連接壓電口琴腔組件；
壓電口琴腔組件包括振子固定管和壓電振子，振子固定管末端為呼吸氣流出入口，在振子固定管中段設(shè)有開口，在該開口上沿軸線方向安裝壓電振子，且壓電振子一端固定于振子固定管上，另一端自由懸空形成懸臂梁結(jié)構(gòu)。
[0007]壓電振子的結(jié)構(gòu)種類很多，優(yōu)選為壓電陶瓷和簧片的組合，是由壓電陶瓷通過導(dǎo)電膠粘貼于簧片一側(cè)形成壓電振子。
[0008]進(jìn)一步的，在振子固定管靠近呼吸氣流出入口處設(shè)置氣流控制閥。
[0009]壓電振子的數(shù)量可以是一個也可以是多個，當(dāng)為多個時，振子固定管中段的開口有若干個，并陣列分布于振子固定管上，在每個開口上設(shè)有一個壓電振子。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是:人體在正常活動情況下呼吸頻率基本保持恒定，結(jié)合口琴腔體結(jié)構(gòu)，能夠根據(jù)呼吸頻率確定簧片的共振頻率；再加上使用壓電振子的懸臂梁結(jié)構(gòu)，能很好保證壓電陶瓷在共振頻率下振動，產(chǎn)生最強(qiáng)烈變形，從而激發(fā)出最大壓電能。本結(jié)構(gòu)還采用了氣流閥，能夠很好控制流速，從而很容易實(shí)現(xiàn)對簧片振幅值控制。
[0011]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明壓電發(fā)電裝置的主視圖，
圖2是壓電振子結(jié)構(gòu)示意圖，
圖3是圖2的仰視圖，
圖4是氣流控制閥結(jié)構(gòu)示意圖，
圖5是本發(fā)明壓電發(fā)電裝置在流體作用下運(yùn)動狀態(tài)。
【具體實(shí)施方式】
[0013]如圖1至圖4所示，本發(fā)明的人體呼吸能量收集裝置，由呼吸氣流動力組件、壓電口琴腔組件、氣流控制閥7構(gòu)成，所述的呼吸氣流動力組件包括口罩1、接口 2和通管3構(gòu)成，其中接口 2相對地面保持靜止，口罩I固定安裝在人體口鼻部位，接口 2出口較大一端固定并密封安裝于口罩I，接口 2出口較小一端與通管3 —端形成密封緊固連接；壓電口琴腔組件由振子固定管4、壓電陶瓷5和簧片6構(gòu)成，其中壓電陶瓷5通過導(dǎo)電膠粘貼于簧片6 一側(cè)形成壓電振子，且壓電振子一端固定于振子固定管4上，另一端自由懸空形成懸臂梁結(jié)構(gòu)，振子固定管4 一端緊固密封于通管3 ;所述的氣流控制閥7緊固密封于振子固定管的一端。
[0014]本發(fā)明口琴式驅(qū)動壓電能量收集裝置，壓電振子數(shù)量不小于1，大于I時可陣列分布于振子固定管4上。
[0015]結(jié)合圖1至圖5，本發(fā)明采用口琴式結(jié)構(gòu)將呼吸能與壓電發(fā)電聯(lián)系起來，當(dāng)人體呼吸時，氣流就會從接口 2，經(jīng)過通管3直至振子固定管4，當(dāng)?shù)竭_(dá)振子固定管4時，氣流部分從其開口流出，由于開口處固定懸臂梁結(jié)構(gòu)的壓電振子(壓電陶瓷5、簧片6)，當(dāng)氣流通過時，就會使簧片6振動，從而帶動簧片6上的壓電陶瓷5振動，由壓電陶瓷5正壓電效應(yīng)就會產(chǎn)生電能，從而進(jìn)行收集和利用。而簧片6振動幅度主要受到氣流大小影響，這就可以依靠調(diào)節(jié)氣流控制閥7而很方便調(diào)節(jié)其振動幅值。
[0016]本發(fā)明具體應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種人體呼吸能量收集裝置，其特征在于包括呼吸氣流動力組件和壓電口琴腔組件，其中: 呼吸氣流動力組件包括用于口罩(I)、接口(2)和通管(3)，接口(2)安裝在口罩(I)上并位于人體鼻下位置，接口( 2 )通過通管(3 )連接壓電口琴腔組件； 壓電口琴腔組件包括振子固定管(4)和壓電振子，振子固定管(4)末端為呼吸氣流出入口，在振子固定管(4)中段設(shè)有開口，在該開口上沿軸線方向安裝壓電振子，且壓電振子一端固定于振子固定管(4)上，另一端自由懸空形成懸臂梁結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體呼吸能量收集裝置，其特征在于，所述壓電振子包括壓電陶瓷(5)和簧片(6)，是由壓電陶瓷(5)通過導(dǎo)電膠粘貼于簧片(6)—側(cè)形成壓電振子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的人體呼吸能量收集裝置，其特征在于，在振子固定管(4)靠近呼吸氣流出入口處設(shè)置氣流控制閥(7 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的人體呼吸能量收集裝置，其特征在于，振子固定管(4)中段的開口有若干個，并陣列分布于振子固定管(4)上，在每個開口上設(shè)有一個壓電振子。
【文檔編號】H02N2/18GK103684046SQ201310676652
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】楊穎 , 沈欽龍, 金家楣 申請人:南京航空航天大學(xué)