一種基于壓電材料的發(fā)電裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于壓電材料的發(fā)電裝置，該裝置是由頂板(1)、支座(2)、拱形支持片(3)、壓電片(4)、底板(5)、定位栓(6)和定位孔(7)組成；所述的拱形支持片(3)具有折面1(11)、折面2(13)和折面3(12)三個(gè)折面，其中折面1(11)和折面2(13)為平面，折面3(12)為弧形曲面；上下兩片相同形狀的拱形支持片(3)用粘膠(8)牢固粘貼或焊接或用螺絲(9)固定聯(lián)接為雙拱夾持片結(jié)構(gòu)；每片拱形支持片(3)上貼有若干壓電片(4)，并組成一個(gè)基本發(fā)電單元，每個(gè)基本發(fā)電單元分別放置于支座的凹槽中，每一個(gè)發(fā)電單元和支座(2)內(nèi)部的凹槽尺寸相匹配；每個(gè)發(fā)電單元用導(dǎo)線(xiàn)聯(lián)接；頂板(1)兩端與支座(2)之間是由定位栓(6)與定位孔(7)相匹配連接，其中定位栓(6)上套有彈簧用于頂板的復(fù)位，底板(5)與支座(2)之間為固定連接。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種基于壓電材料的發(fā)電裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用人踩踏、步行、跳躍及各種車(chē)輛行駛產(chǎn)生的地面形變來(lái)發(fā)電的發(fā)電裝置，屬于新型能源【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)利用壓電材料進(jìn)行能量收集的研究越來(lái)越受到人們的關(guān)注，。利用壓電材料進(jìn)行能量收集就是依靠外界振動(dòng)或壓力使壓電材料產(chǎn)生變形而產(chǎn)生電能，由于可利用的振動(dòng)源或壓力供給源無(wú)處不在，因此這種方式的能量收集技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景。另外，利用壓電材料制作的壓電發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，成本低，可大型化批量生產(chǎn)。
[0003]中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究羅豪甦等人報(bào)道了金屬帽形狀的鐃鈸及彎月結(jié)構(gòu)的發(fā)電地板并申請(qǐng)了相應(yīng)的發(fā)明專(zhuān)利，然而金屬帽形狀的鐃鈸結(jié)構(gòu)或彎月結(jié)構(gòu)具有力學(xué)彈性形變量小，對(duì)較小外力的激勵(lì)不是十分敏感的問(wèn)題，從而制約發(fā)電地板的發(fā)電效率。本發(fā)明提出一種新型結(jié)構(gòu)的發(fā)電裝置，它具有對(duì)較小外力敏感的特點(diǎn)，能夠高效地將人體或車(chē)輛或動(dòng)物移動(dòng)時(shí)在地面產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)了通常被廢棄的能量高效回收再利用，并且不產(chǎn)生有毒或有害物質(zhì)的排放，符合了國(guó)家環(huán)境保護(hù)的可持續(xù)發(fā)展的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供了一種基于壓電材料制作的采集人體或車(chē)輛或物體移動(dòng)及運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械能并轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置，該裝置中的發(fā)電結(jié)構(gòu)單元是采用了雙拱結(jié)構(gòu)，形變量大，對(duì)較小外力的激勵(lì)也十分敏感，從而大幅度提高發(fā)電效率。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是:一種基于壓電材料的發(fā)電裝置，該裝置是由頂板1、支座2、拱形支持片3、壓電片4、底板5、定位栓6和定位孔7組成。拱形支持片3是采用彈性較好的金屬或者合金材料，并具有折面1、折面2和折面3三個(gè)折面，其中折面I和折面2為平面，折面3為弧形曲面；上下兩片相同形狀的拱形支持片3用粘膠8牢固粘貼或焊接或用螺絲9固定連接為雙拱支持片結(jié)構(gòu)；每片拱形支持片3上貼有若干壓電片4,并組成一個(gè)基本發(fā)電單兀,每個(gè)基本發(fā)電單兀分別放置于支座2的凹槽中，每一個(gè)發(fā)電單元和支座2內(nèi)部的凹槽尺寸相匹配，每個(gè)發(fā)電單元用導(dǎo)線(xiàn)連接。頂板I兩端與支座2之間是由定位栓6與定位孔7相匹配連接，其中定位栓6上套有彈簧用于頂板的復(fù)位，底板5與支座2之間為固定連接。本發(fā)明是根據(jù)地板的尺寸以及結(jié)構(gòu)單元的個(gè)數(shù)用串并聯(lián)混合方式，從而使得輸出功率最大，再用接口電路對(duì)發(fā)電地板產(chǎn)生的電壓進(jìn)行整流和穩(wěn)壓。
[0006]上述基于壓電材料的發(fā)電裝置，其頂板I采用木質(zhì)材料或者瓷磚材料或者聚合物材料。
[0007]上述基于壓電材料的發(fā)電裝置，其定位栓6上的彈簧為緩沖和復(fù)位的組件。
[0008]上述基于壓電材料的發(fā)電裝置，其壓電片4采用壓電陶瓷或者壓電復(fù)合材料或者壓電高分子材料，結(jié)構(gòu)單元的形狀為矩形。
[0009]上述基于壓電材料的發(fā)電裝置，其支持片3成對(duì)使用，連接成雙拱結(jié)構(gòu)。[0010]上述基于壓電材料的發(fā)電裝置，其支持片3用彈性較好的金屬或者合金材料來(lái)制作。
[0011]上述基于壓電材料的發(fā)電裝置，其頂板I上的定位栓6和支座2上的定位孔7的尺寸相匹配。
[0012]上述基于壓電材料的發(fā)電裝置，其中每一個(gè)發(fā)電單元和支座2內(nèi)部的凹槽尺寸相匹配。
[0013]有益效果:
[0014]本發(fā)明在發(fā)電裝置中采用一種雙拱片結(jié)構(gòu)來(lái)夾持壓電材料，該結(jié)構(gòu)可把夾持片所受到的壓力很好的傳遞給壓電材料，大幅提高了壓電材料對(duì)微小振動(dòng)或外力的敏感度從而提高了發(fā)電效率，該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、新穎，制作方便，可以用于多種場(chǎng)所并能取得很好的效果，是一種新型實(shí)用能源技術(shù)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]標(biāo)識(shí)說(shuō)明:1-頂板；2_支座；3_支持片；4_壓電片；5_底板；6_定位栓；11-折面I ;12_折面3 ;13_折面2。
[0017]圖2為本發(fā)明頂板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]標(biāo)識(shí)說(shuō)明:1-頂板；6_定位栓。
[0019]圖3為本發(fā)明支座的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]標(biāo)識(shí)說(shuō)明:2-支座；7-定位孔。
[0021]圖4為本發(fā)明壓電材料極化方向的示意圖。
[0022]標(biāo)識(shí)說(shuō)明:4_壓電片；10_電極材料；圖中箭頭表示極化方向。
[0023]圖5為本發(fā)明雙拱夾持片結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0024]標(biāo)識(shí)說(shuō)明:(a)表示粘貼或焊接而成的雙拱結(jié)構(gòu)；(b)表示為粘貼或焊接而成的雙拱結(jié)構(gòu)的立體示意圖；(c)表示為螺絲固定而成的雙拱結(jié)構(gòu)；3_支持片；8-粘膠；9_螺絲。
[0025]圖6為本發(fā)明雙拱發(fā)電單元的示意圖。
[0026]標(biāo)識(shí)說(shuō)明:(a)表不壓電片在雙拱夾持片結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)；(b)表不壓電片在雙拱夾持片結(jié)構(gòu)的外側(cè)；(c)表示壓電片在雙拱夾持片結(jié)構(gòu)的兩側(cè)4-壓電片。
[0027]圖7為本發(fā)明發(fā)電裝置的整體結(jié)構(gòu)狀態(tài)圖。
[0028]圖8為本發(fā)明能量回收電路的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]以下結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0030]本發(fā)明是將壓電發(fā)電裝置安裝在人行通道上，特別是人流量大的車(chē)站、地鐵站、教學(xué)樓、商場(chǎng)、超市通道上和歌舞廳等地面上，收集人們行走時(shí)對(duì)于地面的作用力發(fā)電，并蓄積加以利用。
[0031]【具體實(shí)施方式】包括如下:
[0032]如圖1至圖8所示，本發(fā)明提供了一種基于壓電材料的發(fā)電裝置，該裝置是由頂板
1、支座2、支持片3、壓電片4、底板5、定位栓6和定位孔7組成。整個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)單元是由若干發(fā)電單元疊加形成。頂板I兩端與支座2之間由定位栓6與定位孔7相匹配連接，每?jī)善靶蔚闹С制?用粘膠8或螺絲9牢固粘貼或焊接或用螺絲固定構(gòu)成一個(gè)發(fā)電單元；所述每片支持片3上貼有若干壓電片4，每個(gè)壓電片4用導(dǎo)線(xiàn)串聯(lián)或者并聯(lián)，每個(gè)發(fā)電單元用導(dǎo)線(xiàn)連接。底板5兩端與支座2之間固定連接。定位栓6尺寸與定位孔7相互吻合,定位栓6上有彈簧以便收縮緩沖復(fù)位。
[0033]上述基于壓電材料的發(fā)電裝置，其頂板I采用木質(zhì)材料或者瓷磚材料或者聚合物材料。
[0034]上述基于壓電材料的發(fā)電裝置，其定位栓6上的彈簧為緩沖和復(fù)位的組件。
[0035]上述基于壓電材料的發(fā)電裝置，其壓電片4采用壓電陶瓷、壓電復(fù)合材料或者壓電高分子材料，結(jié)構(gòu)單元的形狀為矩形。
[0036]上述基于壓電材料的發(fā)電裝置，其支持片3成對(duì)使用并固定成雙拱結(jié)構(gòu)。
[0037]上述基于壓電材料的發(fā)電裝置，其支持片3用彈性較好的金屬或者合金材料來(lái)制作。
[0038]上述基于壓電材料的發(fā)電裝置，其頂板I上的定位栓6和支座2上的定位孔7的尺寸相匹配。
[0039]上述基于壓電材料的發(fā)電裝置，其中每一個(gè)發(fā)電單元和支座2內(nèi)部的凹槽尺寸相匹配。
[0040]本發(fā)明當(dāng)?shù)孛嬲饎?dòng)或者受到擠壓時(shí)，該發(fā)電裝置中的頂板I受到擠壓向下運(yùn)動(dòng)，定位栓6上的彈簧收縮，定位栓6進(jìn)入定位孔7從而使得頂板I擠壓支持片3，支持片3上的壓電片4發(fā)生形變從而產(chǎn)生達(dá)到發(fā)電效果，再加上能量回收電路達(dá)到對(duì)外輸出電能的效
果O
[0041]其中，壓電材料的極化方向有如圖4所示的(a)和(b)的單層方式以及(C)中多層疊放三種方式，極化方向如圖中箭頭所示。雙拱結(jié)構(gòu)可以有如圖5中(a)粘貼或焊接和(b)螺絲固定這兩種方式。雙拱發(fā)電單元中壓電片的粘貼方式可以有如圖6中(a)在雙拱夾持片結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)、(b)在雙拱夾持片結(jié)構(gòu)的外側(cè)和(C)在雙拱夾持片結(jié)構(gòu)的兩側(cè)三種方式。發(fā)電裝置可以由若干個(gè)結(jié)構(gòu)單元組合而成，如圖7所示。
[0042]如圖8所示，本發(fā)明的簡(jiǎn)易能量回收電路圖中接口電路起到整流穩(wěn)壓的作用，以使能量能夠穩(wěn)定輸出。
【權(quán)利要求】
1.一種基于壓電材料的發(fā)電裝置，該裝置是由頂板(I)、支座(2)、拱形支持片(3)、壓電片(4)、底板(5)、定位栓(6)和定位孔(7)組成；所述的拱形支持片(3)具有折面I (11)、折面2 (13)和折面3 (12)三個(gè)折面，其中折面1(11)和折面2 (13)為平面，折面3 (12)為弧形曲面；上下兩片相同形狀的拱形支持片(3)用粘膠(8)牢固粘貼或焊接或用螺絲(9)固定聯(lián)接為雙拱夾持片結(jié)構(gòu)；每片拱形支持片(3)上貼有若干壓電片(4)，并組成一個(gè)基本發(fā)電單元，每個(gè)基本發(fā)電單元分別放置于支座的凹槽中，每一個(gè)發(fā)電單元和支座(2)內(nèi)部的凹槽尺寸相匹配；每個(gè)發(fā)電單元用導(dǎo)線(xiàn)聯(lián)接；頂板(I)兩端與支座(2)之間是由定位栓(6)與定位孔(7)相匹配連接，其中定位栓(6)上套有彈簧用于頂板的復(fù)位，底板(5)與支座(2)之間為固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓電材料的發(fā)電裝置，其特征在于:所述的拱形支持片(3)是采用金屬或者合金材料制作而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓電材料的發(fā)電裝置，其特征在于:所述的壓電片(4)為矩形結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓電材料的發(fā)電裝置，其特征在于:所述的壓電片(4)的材質(zhì)為壓電陶瓷、壓電復(fù)合材料或者壓電高分子材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的一種基于壓電材料的發(fā)電裝置,其特征在于:所述的支持片(3)和壓電片(4)組成的每個(gè)基本發(fā)電單元之間用導(dǎo)線(xiàn)串聯(lián)或者并聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓電材料的發(fā)電裝置，其特征在于，所述壓電片(4)的粘貼方式包括:在雙拱夾持片結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)、外側(cè)和兩側(cè)三種方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓電材料的發(fā)電裝置，其特征在于:所述發(fā)電裝置的能量回收電路中的接口電路包括整流穩(wěn)壓模塊。
【文檔編號(hào)】H02N2/18GK203747693SQ201320811115
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】曹自平, 陳敏, 朱洪波, 劉瑞杰 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)