一種用於公交汽車的壓力發電系統的製作方法

2023-06-12 06:13:16

專利名稱：一種用於公交汽車的壓力發電系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及公交汽車的發電系統，利用壓電材料將公交車乘客走動時產生的機械 能發電。
背景技術：
目前，汽車使用的能源大部分來源於燃油，在行駛中生成的廢氣和汙染物嚴重破 壞環境，常用的汽車發電系統是交流發電機，發動機驅動交流發電機轉動，使其發出交流 電，通過二極體整流將交流電轉變為直流電存儲在蓄電池中，供汽車使用，這種發電方法消 耗發動機一部分功，增加了燃油消耗量。壓電效應是對壓電材料施加壓力，其表面產生電荷，產生的電荷量與壓力成正比， 稱之為正壓電效應；反之施加電壓，就會產生機械應力，稱之為逆壓電效應。壓電材料具有 很高的能量密度，峰值達100-10000KW/Kg，通過壓力發電已運用到許多領域。壓電材料在壓力作用下上下表面產生電荷，壓電元件相當於一個電容，可簡化為 一個正弦電流源，與內在的電極電容(；並聯，在外界壓力作用下壓電材料產生的電荷和電 壓分別為Q = d33FAfp，V = d33FAfp/Cp式中d33為壓電材料的壓電常數；F為作用在壓電材料表面的應力；Afp為作用力 施加區域的面積；Cp為壓電材料等效電容，由公式可知，壓電材料產生的電荷和電壓與其所 受的壓力和面積成正比。城市公交汽車客流量大，上下車及車廂內走動較頻繁，對地板產生踩踏壓力，在行 駛過程中還會因路面的不平整引起地板的振動，對地板產生振動壓力，這些壓力目前都沒 有充分利用。

發明內容
本發明的目的是提出一種用於公交汽車的壓力發電系統，利用公交汽車地板壓力 產生的機械能量，結合壓電材料對公交汽車進行發電，節約能源，無汙染。本發明採用的技術方案是公交車地板上下層之間設置有壓力發電裝置，壓力發 電裝置由壓電材料層、復位彈簧和導線組成，復位彈簧垂直均布於壓電材料層和公交車地 板下層之間，導線一端連接壓電材料層，另一端引出後連接橋式整流器，橋式整流器的輸出 連接穩壓器，穩壓器的輸出分別連接第一蓄電器和第二蓄電器，第一蓄電器的輸出分別連 接負載和傳感器，傳感器的輸出通過控制器連接穩壓器的輸入。本發明的技術效果是1、本發明將乘客走動時對公交車地板的壓力作用在壓電材料上，使其放出電能並 存儲和利用，具有清潔、持久和方便快捷的特點。2、本發明不僅用於公交汽車地板，還可以用於火車站的地板，商場的地板等人流 密集的場所。


圖1為本發明結構連接圖；圖2是圖1中壓力發電裝置1的結構示意圖，其中，圖2(a)是壓力發電裝置1 一 個實施例結構示意圖，圖2(b)是壓力發電裝置1另一個實施例結構示意圖；圖中1.壓力發電裝置；2.橋式整流器；3.穩壓器；4.第一蓄電器；5.負載；6.第 二蓄電器；7.傳感器；8.控制器；9.緊固裝置；10.公交車地板上層；11.梯形槽；12.導線； 13.復位彈簧；14.壓電材料層；15.公交車地板下層。
具體實施例方式如圖1所示，本發明由壓力發電裝置1、橋式整流器2、穩壓器3、第一蓄電器4、負 載5、第二蓄電器6、傳感器7和控制器8連接組成。其中，壓力發電裝置1的輸出依次連接 橋式整流器2和穩壓器3，穩壓器3的輸出分別連接第一蓄電器4和第二蓄電器6，第一蓄 電器4的輸出分別連接負載5和傳感器7，傳感器7的輸出通過控制器8連接穩壓器3的輸 入。圖2為圖1中壓力發電裝置1的結構剖視圖，壓力發電裝置1安裝在公交車地板 上下層10、15之間，壓力發電裝置1由壓電材料層14、復位彈簧13和導線12組成，導線12 的一端與壓電材料層14焊接連接，導線12引出後另一端連接橋式整流器2。壓電材料層 14選用強度較高的複合材料製作成板狀結構，壓電材料層14安裝在公交車地板上下層10、 15之間時，可採用如圖2(a)所示的具有單層壓電材料和圖2(b)所示具有多層壓電材料的 兩種安裝結構，具體描述如下如圖2(a)，將壓力發電裝置1安裝在公交車地板上下層10、15之間，在公交車地 板上層10底面與壓電材料層14上表面壓觸，公交車地板上層10底面間隔均布梯形槽11， 梯形槽11的高度為0. 2-0. 5mm，底邊長為3_7mm，梯形槽11產生較大的張力，可增加壓電材 料層14的受力面積，從而提高發電量。在壓電材料層14和公交車地板下層15之間垂直均 布復位彈簧13，在公交車地板下層15上設置凹槽，復位彈簧13放在相應凹槽內，可防止復 位彈簧13在橫向方向上的移動。復位彈簧13在壓電材料層14沒有受壓時呈自由伸長狀 態，當壓電材料層14受到一定壓力時，復位彈簧13呈壓縮狀態。壓電材料層14的壓力消 失時，復位彈簧13伸長給壓電材料層14向上的力，使壓電材料層14立刻恢復到受壓前的 狀態，為下一次受壓放電準備。復位彈簧13提高了壓電材料層14的放電頻率，從而增加了 放電量。緊固裝置9位於壓電材料層14的側端，起固定連接壓力發電裝置1的作用，可將 壓電材料層14和公交車地板上下層10、15緊貼在一起。如圖2(b)，為了提高發電量，可以採用多層壓電材料。採用多層壓電材料時，在公 交車地板上層10間隔設置二層或二層以上的壓電材料層14，在位於最下層的壓電材料層 14和公交車地板下層15之間垂直均布復位彈簧13，壓電材料14並聯以增大電流量，串聯 增大電壓量，由每一層壓電材料層14焊接連接的導線12並聯或串聯引出後連接橋式整流 器2。緊固裝置9、梯形槽11的設置與圖2(a)所示結構一樣，在與每層壓電材料層14上表 面壓觸的公交車地板上層10底面上均間隔均布梯形槽11。本發明的工作原理是當乘客上車或者在車內走動時，壓力作用在公交車地板上層10上，梯形槽11將作用在公交車地板上層10上的壓力擴大傳遞到壓電材料層14上，壓 電材料層14彎曲放出一定的電能，經導線12引入到橋式整流器2中，橋式整流器2將交流 電轉變為直流電經穩壓器3穩壓後存儲到第一蓄電器4中，第一蓄電器4中的電量直接供 給公交車上的顯示器和照明燈。當壓力發電裝置1發出的電量過多使第一蓄電器4充滿， 電量飽和時，加載在第一蓄電器4中的傳感器7會發出蓄電器4飽和的信號，傳送到控制器 8中，控制器8會切斷向第一蓄電器4的供電，向第二蓄電器6供電，當第一蓄電器4電量不 足時，傳感器7發出電量不足的信號，向第一蓄電器4供電。當作用在壓電材料層14上的 壓力消失時，復位彈簧13給壓電材料層14向上的力，使其能夠快速恢復到受壓前的狀態。 復位彈簧13還起到減震的作用，當路面不平整時，復位彈簧13會吸收一部分振動的能量， 提高車輛的舒適性；而且在車輛振動過程中因為受力的不平衡使壓電材料層14變形發出 電能。
權利要求
一種用於公交汽車的壓力發電系統，公交車地板上下層(10、15)之間設置有壓力發電裝置(1)，其特徵是所述壓力發電裝置(1)由壓電材料層(14)、復位彈簧(13)和導線(12)組成，復位彈簧(13)垂直均布於壓電材料層(14)和公交車地板下層(15)之間，導線(12)一端連接壓電材料層(14)，另一端引出後連接橋式整流器(2)，橋式整流器(2)的輸出連接穩壓器(3)，穩壓器(3)的輸出分別連接第一蓄電器(4)和第二蓄電器(6)，第一蓄電器(4)的輸出分別連接負載(5)和傳感器(7)，傳感器(7)的輸出通過控制器(8)連接穩壓器(3)的輸入。
2.根據權利要求1所述的一種用於公交汽車的壓力發電系統，其特徵是公交車地板 上層(10)間隔設置有二層或二層以上的壓電材料層(14)，壓電材料(14)並聯或串聯由導 線(12)引出後與橋式整流器(2)連接。
3.根據權利要求1所述的一種用於公交汽車的壓力發電系統，其特徵是與壓電材料 層(14)上表面壓觸的公交車地板上層(10)底面間隔均布有梯形槽(11)，梯形槽(11)高度 為 0. 2-0. 5mm，底邊長為 3_7mm。
全文摘要
本發明公開一種利用壓電材料將公交車乘客走動時產生的機械能發電的用於公交汽車的壓力發電系統，公交車地板上下層之間設置有壓力發電裝置，壓力發電裝置由壓電材料層、復位彈簧和導線組成，復位彈簧垂直均布於壓電材料層和公交車地板下層之間，導線一端連接壓電材料層，另一端引出後連接橋式整流器，橋式整流器的輸出連接穩壓器，穩壓器的輸出分別連接第一蓄電器和第二蓄電器，第一蓄電器的輸出分別連接負載和傳感器，傳感器的輸出通過控制器連接穩壓器的輸入。本發明具有清潔、持久和方便快捷的特點，還可用於火車站的地板，商場的地板等人流密集的場所。
文檔編號H02N2/18GK101873081SQ20101019497
公開日2010年10月27日 申請日期2010年6月8日 優先權日2010年6月8日
發明者萬彥輝, 吳慶瑞, 唐愛坤, 潘劍鋒 申請人:江蘇大學