一種踩踏壓電式連續發電裝置製造方法
2023-07-02 20:28:51
一種踩踏壓電式連續發電裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種踩踏壓電式連續發電裝置，至少包括壓電元件組、彈簧、踏板、底板、電力變換單元和蓄電池，底板左右兩端垂直固定有引導槽，引導槽的內側設有彈性支撐柱，彈性支撐柱固定在底板上，彈性支撐柱上安裝有踏板，踏板下表面安裝有限位柱，壓電元件組安裝在限位柱上並通過導線連接電力變換單元，電力變換單元通過導線連接蓄電池；所述壓電元件組包括金屬板和兩片壓電片，壓電片極性方向相反鑲嵌在金屬板兩側，金屬板一端與限位柱固連，另一端連接彈簧；該發電裝置結構簡單，不發熱，無電磁幹擾，易於實現，成本低，且在發電過程中無噪音、無磨損、無介質洩漏，可實現持續發電。
【專利說明】一種踩踏壓電式連續發電裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種發電裝置，具體涉及一種可連續發電的踩踏壓電式發電裝置，屬於發電【技術領域】。
【背景技術】
[0002]在能源日漸緊缺的今天，隨著各國對能源需求的不斷增長及對環境保護的日益重視，尋找一種持久清潔的能源成為當務之急，近年來出現了多種不同的能量採集技術，可將日常生活中的能量轉換為電能，壓電轉換就是其中之一。
[0003]壓電材料作為一種理想的機電能量轉換材料，具有很高的能量密度，小體積的壓電裝置即可產生功率較大的電能；壓電電源的工作原理是基於正壓電效應，壓電材料是其核心工作物質。
[0004]壓電裝置在外力的作用下產生電荷，將這些電荷收集起來存儲在電容或電池中，就可為後級電子元器件和系統供電；人們在道路上行走和上下樓梯時均會消耗能量，如果能將這部分能量轉化為電能，並存儲在蓄電池中，則可達到充分利用能源，節約電能的目的。
[0005]現有技術中的壓電式發電裝置多將踏板直接接觸壓電材料，當有外力作用在壓電材料上時，壓電材料發生形變產生電荷，外力撤離時形變消失，電荷產生中斷，此種發電裝置中的壓電材料由於發生形變時承受較大外力，結構易損壞，並且無法連續產生電荷，難以實現電荷收集與儲存。
【發明內容】
[0006]本實用新型的目的在於解決現有技術的缺點並提供一種踩踏壓電式連續發電裝置，將人行走時消耗的能量轉換為電能並實現連續發電。
[0007]實現本實用新型目的所採用的技術方案為，一種踩踏壓電式連續發電裝置，至少包括壓電元件組、彈簧、踏板、底板、電力變換單元和蓄電池，底板左右兩端垂直固定有引導槽，引導槽與底板構成U型限位倉，限位倉中引導槽的內側設有彈性支撐柱，彈性支撐柱固定在底板上，所述踏板安裝在彈性支撐柱上，踏板與彈性支撐柱固連並在限位倉中上下移動，踏板下表面安裝有限位柱，壓電元件組安裝在限位柱上並通過導線連接電力變換單元，電力變換單元通過導線連接蓄電池；所述壓電元件組包括金屬板和兩片壓電片，壓電片極性方向相反鑲嵌在金屬板兩側，金屬板一端與限位柱固連，另一端連接彈簧，所述彈簧設有兩根，位於金屬板上方的彈簧A連接金屬板與踏板，位於金屬板下方的彈簧B —端與金屬板固連，另一端連接懸空的重物成為自由端；所述電力變換單元包括整流器和V/I轉換器。
[0008]所述限位柱下底面與底板上表面的間距5?20mm。
[0009]踏板下表面上每平方米設有8?12個限位柱。
[0010]所述壓電片為壓電陶瓷、鐵電性壓電材料、壓電聚合物或壓電複合材料。
[0011]所述整流器為全橋橋式整流器。
[0012]蓄電池上設有控制單元，控制單元包括控制晶片、電池電量檢測器和報警器。
[0013]所述控制晶片為微處理器或單片機，所述微處理器為DSP或FPGA。
[0014]由上述技術方案可知，本實用新型提供的踩踏壓電式連續發電裝置中，壓電元件組、電力變換單元和蓄電池通過導線連接，組成充電電路；壓電元件組由金屬板和極性方向相反鑲嵌在金屬板兩側的兩片壓電片構成，金屬板一端固定，另一端連接兩根彈簧，位於金屬板上方的彈簧A連接金屬板與踏板，位於金屬板下方的彈簧B連接懸空的重物，重物和兩根彈簧在踏板受踩踏時牽引金屬板上下擺動，使的壓電片發生形變產生電荷；由於重物具有慣性，當踏板上的外力撤除時，重物在慣性作用下繼續向下移動，彈簧A和彈簧B均被拉伸發生彈性形變，帶動重物做往復運動，鑲嵌在金屬板上的壓電片被壓縮或拉伸持續產生電荷為蓄電池充電，壓電元件組將行人施加在踏板上的瞬時衝擊力充分轉化為電能。
[0015]金屬板通過彈簧A連接踏板，當踏板受到較大衝擊力時，彈簧A牽引金屬板，避免金屬板上的壓電片大幅度彎曲，保護壓電片。
[0016]限位柱下底面與底板上表面的間距為5?20mm，距離小，減輕行人踏在踏板上產生的踩空感，踏板下表面上每平方米設有8?12個限位柱，提高了踏板強度同時可避免限位柱過密引起重物相互碰撞。
[0017]與現有技術相比，本實用新型的有益效果為，本實用新型所使用的壓電材料為節能型環保材料，綠色安全，不會產生有毒有害的殘留物質，符合可持續發展的要求；該發電裝置結構簡單，不發熱，無電磁幹擾，易於實現，成本低，且在發電過程中無噪音、無磨損、無介質洩漏，可實現持續發電。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型提供的踩踏壓電式連續發電裝置結構示意圖。
[0019]其中，1-底板，2-引導槽，3-踏板，4-彈性支撐柱，5-限位柱，6_金屬板，7_壓電片，8-彈簧A，9-彈簧B, 10-重物，11-整流器，12-V/I轉換器，13-蓄電池，14-控制晶片，15-電池電量檢測器，16-報警器，17-導線。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細具體說明。
[0021]本實用新型提供的踩踏壓電式連續發電裝置的結構如圖1所示，底板I左右兩端垂直固定有引導槽2，引導槽與底板構成U型限位倉，限位倉中引導槽的內側設有彈性支撐柱4，彈性支撐柱固定在底板上，彈性支撐柱上安裝有踏板3，踏板與彈性支撐柱固連並在限位倉中上下移動，踏板下表面上安裝有限位柱5，踏板下表面上每平方米設有8?12個限位柱，下底面與底板上表面的間距為10mm，壓電元件組安裝在限位柱上，壓電元件組包括金屬板6和安裝在金屬板上下兩側的壓電片7，壓電片鑲嵌在金屬板兩側並且極性方向相反，導線17將壓電片兩端產生的電壓引出，用以給蓄電池充電，金屬板一端與限位柱固連，另一端連接彈簧，所述彈簧設有兩根，位於金屬板上方的彈簧AS連接金屬板與踏板，位於金屬板下方的彈簧B9 —端與金屬板固連，另一端連接懸空的重物10成為自由端，壓電元件組通過導線17連接電力變換單元，電力變換單元包括整流器11和V/I轉換器12，整流器將壓電元件組輸出的交流電變為直流電，V/I轉換器將整流過程產生的直流電進行電壓-電流變換，電力變換單元通過導線連接蓄電池13。
[0022]蓄電池上連接有控制單元，控制單元包括控制晶片14、電池電量檢測器15和報警器16，電池電量檢測器通過傳感器檢測充電電路中的電壓和電流來判斷蓄電池是否已完成充電。
[0023]當行人踏在踏板上時，彈性支撐柱被壓縮，踏板向下移動直至限位柱與底板接觸，在此過程中，重物向下運動拉伸彈簧A和彈簧B，金屬板受彈簧B牽引向下彎折，壓電片發生形變產生電荷；踩踏撤離時，重物由於慣性作用繼續向下運動，重物運動至最下方後，彈簧收縮，彈簧A和彈簧B牽引重物做往復運動，帶動金屬板上下擺動，壓電片交替壓縮、拉伸持續產生電荷，產生的電荷通過導線輸送至蓄電池中；當踏板受到較大踩踏力衝擊時，彈簧A牽引金屬板，防止金屬板和壓電片發生較大彎曲變形。
[0024]該發電裝置可用於安裝在樓道中用於發電，也可以安裝在人流量大的地方直接用於消防或照明用電，具體使用方式如下:
[0025]使用方式1:踩踏壓電式連續發電裝置用於樓道照明和消防設施供電。
[0026]將底板固定於臺階上，引導槽垂直安裝於底板兩側，且高度與臺階齊平，踏板置於底板的正上方，且與底板相平行，踏板與底板之間由彈性支撐柱連接；牆體上安裝一個鐵盒，將電力變換單元、蓄電池和控制單元通過導線連接並置於鐵盒內，壓電片選用壓電陶瓷，控制晶片選用單片機，發電設備安裝前將控制程序寫入單片機中；充電電路中設置兩個並接的蓄電池，一個蓄電池連接消防安全出口標誌燈用於消防安全供電，另外一個蓄電池連接控制裝置用於存儲多餘的電能，其中用於消防安全供電的蓄電池在接入充電電路前預置部分電量，將聲光雙控開關和樓道燈接入充電電路。
[0027]當樓道中有人行走時，若樓道光線較暗並有較大聲響，聲光雙控開關開啟，樓道燈亮，壓電元件組所產生的電量一部分供給樓道照明和消防安全出口標誌燈用電，其餘用於蓄電池充電；聲光雙控開關關閉時，除消防安全出口標誌燈消耗少量電量，壓電兀件組產生的電荷全部用於蓄電池充電，由於蓄電池在接入充電電路前預置部分電量，因此消防安全出口標誌燈連接蓄電池後可持續工作；電池電量檢測器檢測蓄電池電量，若蓄電池已充滿，控制晶片控制充電電路停止給該蓄電池充電，並控制報警器發出警報，以提醒操作人員更換蓄電池，充電完成的蓄電池可在發生緊急情況或電力故障時使用。
[0028]使用方式2:踩踏壓電式連續發電裝置用於火車站照明。
[0029]將踩踏壓電式連續發電裝置安裝在火車站出入站通道上，蓄電池連接火車站中的照明燈，由於火車站人流量大，並且早晚均有人員出入，發電裝置可一天24小時不間斷髮電，保證火車站照明用電需求。
【權利要求】
1.一種踩踏壓電式連續發電裝置，至少包括壓電元件組、彈簧、踏板、底板、電力變換單元和蓄電池，其特徵在於:底板左右兩端垂直固定有引導槽，引導槽與底板構成U型限位倉，限位倉中引導槽的內側設有彈性支撐柱，彈性支撐柱固定在底板上，所述踏板安裝在彈性支撐柱上，踏板與彈性支撐柱固連並在限位倉中上下移動，踏板下表面安裝有限位柱，壓電元件組安裝在限位柱上並通過導線連接電力變換單元，電力變換單元通過導線連接蓄電池；所述壓電元件組包括金屬板和兩片壓電片，壓電片極性方向相反鑲嵌在金屬板兩側，金屬板一端與限位柱固連，另一端連接彈簧，所述彈簧設有兩根，位於金屬板上方的彈簧A連接金屬板與踏板，位於金屬板下方的彈簧B—端與金屬板固連，另一端連接懸空的重物成為自由端；所述電力變換單元包括整流器和V/I轉換器。
2.根據權利要求1所述的踩踏壓電式連續發電裝置，其特徵在於:所述限位柱下底面與底板上表面的間距為5?20mm。
3.根據權利要求1所述的踩踏壓電式連續發電裝置，其特徵在於:踏板下表面上每平方米設有8?12個限位柱。
4.根據權利要求1所述的踩踏壓電式連續發電裝置，其特徵在於:所述壓電片為壓電陶瓷、鐵電性壓電材料、壓電聚合物或壓電複合材料。
5.根據權利要求1所述的踩踏壓電式連續發電裝置，其特徵在於:所述整流器為全橋橋式整流器。
6.根據權利要求1所述的踩踏壓電式連續發電裝置，其特徵在於:蓄電池上設有控制單元，控制單元包括控制晶片、電池電量檢測器和報警器。
7.根據權利要求6所述的踩踏壓電式連續發電裝置，其特徵在於:所述控制晶片為微處理器或單片機，所述微處理器為DSP或FPGA。
【文檔編號】H02J7/32GK204118842SQ201420528328
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月15日 優先權日:2014年9月15日
【發明者】賀良華, 郝歡, 賀緒紅 申請人:中國地質大學（武漢）