本发明公开了一种地砖式冲击能量收集装置及其能量收集方法。现有的地板砖普遍都是通过人体对压电能量收集单元直接接触的方式，这样对压电单元的寿命会有很大影响，而且人体行走时对地板砖所产生的能量为冲击能量。本发明一种地砖式冲击能量收集装置，包括顶板、底座和冲击能量收集机构。冲击能量收集机构包括第一弹簧、指压块、第二弹簧、振板、能量收集座、第一永磁铁、第二永磁铁、气囊和压电片。本发明通过弹簧系统，将瞬间的冲击能转换为弹簧的弹性势能，起到蓄能作用，避免了能量浪费。本发明通过磁铁对压电能量收集单元产生力的作用，避免了直接接触对压电单元的损耗，提高了地板砖的使用寿命。
1.一种地砖式冲击能量收集装置，包括顶板、底座和冲击能量收集机构；其特征在于：
所述的冲击能量收集机构包括第一弹簧、指压块、第二弹簧、振板、能量收集座、第一永磁铁、第二永磁铁、气囊和压电片；能量收集座固定在底座内；能量收集座的顶部开设有m个安置槽；m为安置槽的数量；所述安置槽的底面及侧面上均设置有压电片；各安置槽内均放置有气囊；气囊与对应安置槽内的各压电片接触；m个气囊的顶面均固定有第二永磁铁；能量收集座的顶面设置有多个第一弹簧；各第一弹簧的顶端均与振板的底面固定；
所述振板的底面固定有m个第一永磁铁；m个第一永磁铁与m个第二永磁铁分别对齐，且相互对应的第一永磁铁与第二永磁铁的相对端磁极极性相同；所述的顶板固定在底座上，且位于振板的正上方；顶板上开设有n个滑移孔，n为滑移孔数量；n个指压块穿过顶板上的n个滑移孔；n根第二弹簧的一端与n个指压块的底端分别固定，另一端均与振板固定。
2.根据权利要求1所述的一种地砖式冲击能量收集装置，其特征在于：所述的指压块由滑柱和指压头组成；滑柱的顶端与指压头固定；指压头呈半球形；n个指压块内的滑柱与顶板上的n个滑移孔分别构成滑动副。
3.根据权利要求1所述的一种地砖式冲击能量收集装置，其特征在于：所述的底座的底部的其中一条边缘处设置有卡条，其余三条边缘处均设置有卡槽；卡条与卡槽的形状对应。
4.根据权利要求1所述的一种地砖式冲击能量收集装置，其特征在于：所述的能量收集座上固定有端盖；端盖高于m个气囊；端盖上开设有m个让位通孔；m个第二永磁铁分别位于m个让位通孔内。
5.根据权利要求1所述的一种地砖式冲击能量收集装置，其特征在于：m＝4，四个安置槽呈2×2矩阵状排布。
6.根据权利要求1所述的一种地砖式冲击能量收集装置，其特征在于：各压电片均采用多层式结构，且与压电能量收集模块连接。
7.如权利要求1所述的一种地砖式冲击能量收集装置的能量收集方法，其特征在于：
步骤一、当人在行走中踩踏到指压块，被踩到的指压块向下滑动，压缩对应的第二弹簧；各第二弹簧推动振板发生振动；
步骤二、发生振动的振板，带动第一永磁铁上下振动，使得第一永磁铁与对应的第二永磁铁发生相对位移；各第二永磁铁受到的排斥力持续发生变化；受到变载荷的第二永磁铁对气囊的挤压程度持续变化，使得气囊持续变形挤压安置槽内的压电片；压电片发生形变，产生电能。
一种地砖式冲击能量收集装置及其能量收集方法
技术领域
[0001] 本发明属于能量回收利用技术领域，具体涉及一种地砖式冲击能量收集装置及其能量收集方法。
背景技术
[0002] 现如今，人们对能源的需求越来越大，许多研究都集中在能量收集这一领域。这些研究的主要目的是将浪费的能源进行回收并转化为有用的能量。生活中，人体行走时所产生的运动能量特别是足部反复踩地时人体及其负重所产生的机械能存在着巨大的利用潜力。正常情况下，一个人每天行走步数能达到上万步，若是能够将此能量进行有效回收利用，那么节能效果将会十分明显。因此，人体行走能量的高效回收、存储、再利用技术具有很大潜力。
[0003] 在人体行走能量回收方面，目前国内外研究人员普遍是以人体行走时所产生的机械能转换为可用的电能，主要用于解决可穿戴电子设备的供电问题。其原理是将装置内元件的运动位移或机械变形转化为电能以实现能量回收，通常借助压电材料、静电电容或电磁感应原理能量收集。其中，基于压电效应回收人体行走能量的研究最广泛，基于人体能量的压电能量收集的研究包括从肘关节或手指关节弯曲获得的能量，膝关节植入物，插入鞋底下的压电模块，或四肢的运动。然而，由于安装面积的限制，并且一些穿戴式能量收集装置会使人体感觉到不适，故这种能量收集方式存在一定弊端。随后，又有一些新的研究，将装置独立出来，不再通过人体穿戴，如运用到地板砖等。然而，现有的地板砖普遍都是通过人体对压电能量收集单元直接接触的方式，这样对压电单元的寿命会有很大影响，而且人体行走时对地板砖所产生的能量为冲击能量，只在接触的瞬间对压电单元作用，无法持续，因此会造成很大的能量流失。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种地砖式冲击能量收集装置及其能量收集方法。
[0005] 本发明一种地砖式冲击能量收集装置，包括顶板、底座和冲击能量收集机构。所述的冲击能量收集机构包括第一弹簧、指压块、第二弹簧、振板、能量收集座、第一永磁铁、第二永磁铁、气囊和压电片。能量收集座固定在底座内。能量收集座的顶部开设有m个安置槽。所述安置槽的底面及侧面上均设置有压电片。各安置槽内均放置有气囊。气囊与对应安置槽内的各压电片接触。m个气囊的顶面均固定有第二永磁铁。能量收集座的顶面设置有多个第一弹簧。各第一弹簧的顶端均与振板的底面固定。
[0006] 所述振板的底面固定有m个第一永磁铁。m个第一永磁铁与m个第二永磁铁分别对齐，且相互对应的第一永磁铁与第二永磁铁的相对端磁极极性相同。所述的顶板固定在底座上，且位于振板的正上方。顶板上开设有n个滑移孔。n个指压块穿过顶板上的n个滑移孔。n根第二弹簧的一端与n个指压块的底端分别固定，另一端均与振板固定。
[0007] 进一步地，所述的指压块由滑柱和指压头组成。滑柱的顶端与指压头固定。指压头呈半球形。n个指压块内的滑柱与顶板上的n个滑移孔分别构成滑动副。
[0008] 进一步地，所述的底座的底部的其中一条边缘处设置有卡条，其余三条边缘处均设置有卡槽。卡条与卡槽的形状对应。
[0009] 进一步地，所述的能量收集座上固定有端盖。端盖高于m个气囊。端盖上开设有m个让位通孔。m个第二永磁铁分别位于m个让位通孔内。
[0010] 进一步地，m＝4，四个安置槽呈2×2矩阵状排布。
[0011] 进一步地，各压电片均采用多层式结构，且与压电能量收集模块连接。
[0012] 该冲击能量发电装置的发电方法具体如下：
[0013] 步骤一、当人在行走中踩踏到指压块，被踩到的指压块向下滑动，压缩对应的第二弹簧。各第二弹簧推动振板发生振动。
[0014] 步骤二、发生振动的振板，带动第一永磁铁上下振动，使得第一永磁铁与对应的第二永磁铁发生相对位移；各第二永磁铁受到的排斥力持续发生变化。受到变载荷的第二永磁铁对气囊的挤压程度持续变化，使得气囊持续变形挤压安置槽内的压电片。压电片发生形变，产生电能。
[0015] 本发明具有的有益效果是：
[0016] 1、本发明通过弹簧系统，将瞬间的冲击能转换为弹簧的弹性势能，起到蓄能作用，避免了能量浪费。
[0017] 2、本发明通过磁铁对压电能量收集单元产生力的作用，避免了直接接触对压电单元的损耗，提高了地板砖的使用寿命。
[0018] 3、本发明结合指压板的结构，既能收集人体行走所产生的能量，同时又能起到按摩人体脚部的作用。
[0019] 4、本发明地板砖结构简单，质量较轻，便于布置安装。
附图说明
[0020] 图1为本发明的整体结构示意图；
[0021] 图2为本发明中底座、能量收集座、气囊和压电片的组合示意图；
[0022] 图3为本发明中底座、能量收集座、端盖和第二永磁铁的组合示意图；
[0023] 图4为本发明中第一弹簧、第二弹簧、振板和顶板的组合示意图；
[0024] 图5为本发明中能量收集座、第一弹簧、第二弹簧、振板和指压块的组合示意图。
具体实施方式
[0025] 以下结合附图对本发明作进一步说明。
[0026] 如图1和2所示，一种地砖式冲击能量收集装置，包括顶板1、底座2、压电能量收集模块和冲击能量收集机构。底座2的底部的其中一条边缘处设置有卡条，其余三条边缘处均设置有卡槽。卡条与卡槽的形状对应，以便于两个地砖式冲击能量收集装置的拼接。
[0027] 如图1、2和3所示，冲击能量收集机构包括第一弹簧3、指压块4、第二弹簧5、振板6、能量收集座7、第一永磁铁8、第二永磁铁9、端盖10、气囊11和压电片12。能量收集座7固定在底座2内。能量收集座7的顶部开设有2×2矩阵状排布的四个安置槽。安置槽的底面及侧面上均设置有压电片12。各压电片12均采用多层式结构，且与压电能量收集模块连接。压电能量收集模块用于收集和存储压电片产生的电能。各安置槽内均放置有气囊11。气囊11与对应安置槽内的各压电片12接触。四个气囊11的顶面均固定有第二永磁铁9。端盖10固定在能量收集座7上，且高于四个气囊11。端盖10上开设有四个让位通孔。四个第二永磁铁9分别位于四个让位通孔内。能量收集座7的顶面边缘处设置有环绕能量收集座7一周的多个第一弹簧3。各第一弹簧3的顶端均与振板6的底面边缘处固定。使得振板6位于能量收集座7的上方，且能够上下或翻转振动。
[0028] 如图4和5所示，振板6的底面固定有四个第一永磁铁8。四个第一永磁铁8与四个第二永磁铁9分别对齐，且相互对应的第一永磁铁8与第二永磁铁9的相对端磁极极性相同，能够产生排斥力。顶板1固定在底座2上，且位于振板6的正上方。顶板1上开设有呈矩阵状排布的n个滑移孔，n＝119。指压块4由滑柱和指压头组成。滑柱的顶端与指压头固定。指压头呈半球形。n个指压块4内的滑柱与顶板1上的n个滑移孔分别构成滑动副。n根第二弹簧5的一端与n个指压块4内滑柱的底端分别固定，另一端均与振板6的顶面固定。使得指压块4与振板能够相对运动，且冲击指压块4的能量能够传递向振板6。
[0029] 初始状态下，各指压头底面与顶板间隔设置。该冲击能量能量收集装置作为地砖铺设在室内或室外，人流较为密集的场所，以收集行人路过时踩踏产生的能量。
[0030] 该冲击能量能量收集装置的能量收集方法具体如下：
[0031] 步骤一、当人在行走中踩踏到指压块4，被踩到的指压块4向下滑动，压缩对应的第二弹簧。各第二弹簧推动振板6发生振动。进而将人体行走时带来的冲击能量通过弹簧系统转换为弹性势能，起到蓄能作用，避免了能量浪费。
[0032] 步骤二、发生振动的振板6，带动第一永磁铁8上下振动，使得第一永磁铁8与对应的第二永磁铁9发生相对位移；各第二永磁铁9受到的排斥力持续发生变化。受到变载荷的第二永磁铁9对气囊11的挤压程度持续变化，使得气囊11持续变形挤压安置槽内的压电片。压电片受到应力变化，从而发生极化现象，产生电能。
