本發(fā)明屬于能量采集，具體涉及一種足底能量采集發(fā)電裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著科技的發(fā)展，我們?nèi)匀恍枰鎸﹄姵氐木窒扌?，包括相對較短的壽命、初始成本、泄漏導(dǎo)致的自放電問題、電池回收過程中的污染、其揮發(fā)性可能導(dǎo)致爆炸、放電率不利，鋰和鎳等電池制造原材料稀缺。為了解決電池的局限性，尋找減少對電池依賴的可能性，在實(shí)時(shí)使用（自供電）的同時(shí)實(shí)時(shí)產(chǎn)生或收集能量。這些可能性之一是收集壓電。隨著人們對綠色能源生產(chǎn)的日益關(guān)注和對自供電系統(tǒng)的需求，利用來自機(jī)械振動、應(yīng)力（如腳步）的壓電能量作為能源已引起相當(dāng)多的關(guān)注。

2、近年來，使用腳步產(chǎn)生電能已經(jīng)應(yīng)用到人們的日常生活中。這些能量來源于材料的壓電效應(yīng)。本研究描述了使用壓電材料來產(chǎn)生和存儲由人行走和其他類型的振動引起的振動能量。腳步發(fā)電系統(tǒng)的操作概念基于壓電傳感器，當(dāng)使用壓電技術(shù)建造地板時(shí)，地板傳感器捕獲壓力產(chǎn)生的電能，然后傳感器將其轉(zhuǎn)化為電荷。這些傳感器被放置在適當(dāng)?shù)奈恢没蛉巳夯顒宇l繁的區(qū)域，例如人行道、跑步機(jī)、城市購物中心、購物中心等，以及具有適當(dāng)安全裝置和斷路器或減振器等設(shè)備的地方。

3、如今，在鞋類中使用壓電傳感器采集足底能量來發(fā)電已變得相當(dāng)普遍，其主要采用以下三種類型的鞋墊傳感器放置方式，分別是嵌入型、點(diǎn)突出型以及表面突出型，即將對應(yīng)的壓電傳感器設(shè)置于鞋底之間、鞋底之上或之下，利用人們在行走過程中體重產(chǎn)生的應(yīng)力。壓力變成機(jī)械能，在行走過程中由壓電傳感器將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為壓電能，實(shí)現(xiàn)發(fā)電的目的。為了最大限度地利用這種方法收集的能量，壓電傳感器被放置在鞋底的腳跟和跖骨區(qū)域，但是該種采用壓電傳感器作為足底能量采集的方式相對脆弱，很容易造成壓電傳感器的損壞或失效，特別是在如跑步、跳躍等產(chǎn)生大幅振動的環(huán)境下，壓電傳感器可能會受到限制，無法精確感知大振幅的振動信號，難以更好地利用足底運(yùn)動能量，且容易受到機(jī)械沖擊或過載等影響難以長期保持發(fā)電能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種足底能量采集發(fā)電裝置，能夠更好地適應(yīng)不同運(yùn)動環(huán)境，能夠高效地采集并利用足底運(yùn)動能量，便于保持長期持續(xù)的發(fā)電能力。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：

3、一種足底能量采集發(fā)電裝置，包括鞋子本體，所述鞋子本體的鞋底內(nèi)設(shè)有工作腔，所述工作腔內(nèi)設(shè)置有類海浪發(fā)電模擬單元，所述類海浪發(fā)電模擬單元包括盛裝在工作腔內(nèi)的液體介質(zhì)，還包括：

4、柱體，豎直設(shè)置在所述工作腔內(nèi)，且所述柱體的下端與所述工作腔底壁固連；

5、浮體，置于所述工作腔內(nèi)且與所述柱體或工作腔的側(cè)壁滑動連接，并且所述浮體漂浮在所述液體介質(zhì)的表面，所述液體介質(zhì)用于為所述浮體提供波浪能；

6、發(fā)電機(jī)，安裝在所述浮體上，所述發(fā)電機(jī)電連接有用于電力存儲的能量儲存模塊；

7、齒輪齒條組件，包括固定齒條和傳動齒輪，所述固定齒條固連在所述柱體上或工作腔的側(cè)壁上，所述傳動齒輪用于套裝固定在所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上，所述傳動齒輪與所述固定齒條嚙合。

8、從而在足部運(yùn)動的過程中利用液體介質(zhì)的流動性在工作腔內(nèi)形成了類似波浪的運(yùn)動特性，將波浪能傳遞給浮體，使得浮體帶動發(fā)電機(jī)隨液體介質(zhì)的起伏上下運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)傳動齒輪與固定齒條的嚙合，進(jìn)而通過傳動齒輪與固定齒條的嚙合為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子提供驅(qū)動，使得發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)發(fā)電，從而能夠更加充分地采集利用足底能量，利用率更高。

9、優(yōu)選的，所述工作腔內(nèi)還設(shè)置有能量采集轉(zhuǎn)換單元，所述能量采集轉(zhuǎn)換單元包括：

10、彈性線圈，設(shè)置于所述工作腔內(nèi)，所述彈性線圈的上下兩端分別與所述工作腔的上下側(cè)壁固連，所述彈性線圈采用導(dǎo)電材質(zhì)，且所述彈性線圈套裝在所述柱體上，所述彈性線圈采用導(dǎo)電金屬彈簧；

11、永磁體，插設(shè)在所述彈性線圈內(nèi)且下端與所述工作腔底壁固連，上端與所述工作腔的側(cè)壁設(shè)有間距；

12、電力變換模塊，設(shè)置在所述工作腔內(nèi)且與能量儲存模塊電連接，所述電力變換模塊具有正極連接端和負(fù)極連接端，所述正極連接端和負(fù)極連接端分別通過導(dǎo)線與所述彈性線圈的兩端連接，所述電力變換模塊用于將彈性線圈對永磁體周圍的磁場做切割磁感線運(yùn)動所產(chǎn)生的電動勢轉(zhuǎn)換為電能，并輸送給能量儲存模塊進(jìn)行存儲。

13、在足底運(yùn)動的過程中利用彈性線圈的伸縮運(yùn)動對永磁體周圍的磁場切割，形成切割磁感線運(yùn)動，從而能夠更好地實(shí)現(xiàn)足底能量的充分利用。

14、優(yōu)選的，所述工作腔內(nèi)的液體介質(zhì)包括水或油。利用油或者水可以更好地保證浮力的支撐，并且在成本上也比較節(jié)省。

15、優(yōu)選的，所述浮體通過拉繩與所述彈性線圈靠近工作腔頂部的一側(cè)連接，所述拉繩的長度小于所述彈性線圈靜止時(shí)的長度，且所述拉繩的長度大于液體介質(zhì)靜止時(shí)水面與工作腔頂壁的間距。

16、浮體通過拉繩和彈性線圈的頂端連接，浮體與發(fā)電倉自身重力能夠與彈性線圈的伸縮作用配合，實(shí)現(xiàn)浮體和發(fā)電倉上下運(yùn)動，同時(shí)通過與液體介質(zhì)產(chǎn)生的波浪能配合，保證在運(yùn)動過程中能夠?qū)Ω◇w和發(fā)電倉整體提供連續(xù)的作用力。

17、優(yōu)選的，所述工作腔內(nèi)設(shè)置有穩(wěn)定殼體，所述穩(wěn)定殼體嵌設(shè)在所述工作腔內(nèi)且與所述工作腔的側(cè)壁貼合設(shè)置，所述穩(wěn)定殼體的上側(cè)設(shè)有開口且開口插設(shè)有活動塊，所述活動塊與所述穩(wěn)定殼體的側(cè)壁滑動連接，所述活動塊延伸出所述穩(wěn)定殼體的上端與所述鞋子本體固連，所述彈性線圈的上端與所述活動塊固連，下端與所述穩(wěn)定殼體的底壁固連，所述永磁體的下端與所述穩(wěn)定殼體的底壁固連，上端與所述活動塊的側(cè)壁設(shè)有間距。

18、優(yōu)選的，所述鞋子本體內(nèi)均布有多個(gè)壓電片，所述壓電片電連接有能量收集模塊，所述能量收集模塊設(shè)置于所述工作腔內(nèi)且與能量儲存模塊電連接，所述能量收集模塊用于采集所述壓電片產(chǎn)生的低電壓并輸送存儲在所述能量儲存模塊內(nèi)。

19、優(yōu)選的，所述彈性線圈的上端與所述活動塊之間還設(shè)置有壓力墊片，所述壓力墊片與所述活動塊連接，所述壓力墊片與所述彈性線圈的上端連接，且所述壓力墊片與所述電力變換模塊電連接，所述電力變換模塊用于將所述壓力墊片產(chǎn)生的振動機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。壓力墊片其在實(shí)際應(yīng)用中能夠進(jìn)一步配合彈性線圈起到協(xié)助回彈的作用，強(qiáng)化裝置結(jié)構(gòu)，最大限度地保持彈性線圈在垂直運(yùn)動方向上運(yùn)動的穩(wěn)定性，提高效率。該壓力墊片的回彈作用能夠讓彈性線圈在多次的循環(huán)往復(fù)運(yùn)動中減少能量損失，且由于彈性線圈接觸地面摩擦系數(shù)很小，能量損失小，發(fā)電效率高。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種足底能量采集發(fā)電裝置，具有以下有益效果：

21、0、本裝置在工作腔內(nèi)還設(shè)置了浮體、發(fā)電機(jī)，并在工作腔內(nèi)注入了能夠?qū)崿F(xiàn)對浮體產(chǎn)生浮力的液體介質(zhì)，在運(yùn)動過程中，液體介質(zhì)會上下起伏產(chǎn)生類似波浪的現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)浮體沿柱體的軸線方向穩(wěn)定上下浮動，使得在鞋底內(nèi)能夠模擬波浪能發(fā)電原理，將垂直方向的波浪能在浮體作用下通過固定齒條和傳動齒輪的配合傳遞給發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，即將波浪能間接地轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)的動力驅(qū)動，促使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能，繼而將電能直接存儲在能量儲存模塊內(nèi)，方便使用，如此設(shè)計(jì)不僅能夠有效地應(yīng)對各種運(yùn)動環(huán)境，保持持續(xù)的發(fā)電能力，同時(shí)這種設(shè)計(jì)還拓寬了裝置的應(yīng)用場景，提高了其能源采集的多樣性和靈活性。

22、2、本裝置中，鞋子本體在通過人體攜帶運(yùn)動的過程，位于鞋底工作腔內(nèi)的彈性線圈作為動子伴隨運(yùn)動被有效擠壓，產(chǎn)生伸縮往復(fù)的運(yùn)動現(xiàn)象，而在彈性線圈伸縮運(yùn)動的過程實(shí)現(xiàn)切割永磁體產(chǎn)生的磁場，即做切割磁感線運(yùn)動，從而使得彈性線圈產(chǎn)生電動勢，進(jìn)而利用電力變換模塊用于將彈性線圈上產(chǎn)生的電動勢轉(zhuǎn)換為電能儲存于能量儲存模塊，以實(shí)現(xiàn)為用電器供電，從而本裝置利用彈性線圈和永磁體的配合作用，能夠更好地適應(yīng)不同運(yùn)動環(huán)境，能夠高效地采集并利用足底運(yùn)動能量，進(jìn)一步保持長期持續(xù)的發(fā)電能力。