A Translation-to-Rotation Converter for Scavenging Energy From Human Walking

能量收集 线程(计算) 振动 传感器 声学 计算机科学 电气工程 工程类 汽车工程 功率(物理) 机械工程 物理 量子力学
作者
Qiqi Pan,Biao Wang,Lingling Zhang,Zhengbao Yang
出处
期刊:ASME 2021 Conference on Smart Materials, Adaptive Structures and Intelligent Systems
标识
DOI:10.1115/smasis2021-67680
摘要

Abstract Human motion is a rich source of energy. However, the ultra-low frequency and the irregular feature of the motion make the above prospects still far from being effective. In this work, we present a translation-to-rotation converter for energy harvesting during human walking. We here propose the harvester that enables conversion of low-frequency translational vibration to high-speed rotations and further generates electricity via the electromagnetic effect. The transducer is composed of an internal thread sleeve, an external thread driving shaft, a spring, a gearbox, and a limit frame. Our design features low cost, low fabrication difficulty, and high power density. Experiments conducted under pseudo-walking conditions confirmed that the stiffness of the spring and the pitch of the sleeve are the two key parameters for the performance of the harvester. The harvester mounts in a shoe heel and engages power generation in the whole gait cycle. Test subjects walking with one device with optimal spring stiffness on each shoe produce a peak power of 3.7 watts at a pace frequency of 1 Hz, which is about one magnitude higher than that of shoe-mounted devices under pseudo-walking excitation. Moreover, the proposed device could open an alternative pathway for powering smart wearable or portable electronics.
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