CN101873081B - 一种用于公交汽车的压力发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用压电材料将公交车乘客走动时产生的机械能发电的用于公交汽车的压力发电系统，公交车地板上下层之间设置有压力发电装置，压力发电装置由压电材料层、复位弹簧和导线组成，复位弹簧垂直均布于压电材料层和公交车地板下层之间，导线一端连接压电材料层，另一端引出后连接桥式整流器，桥式整流器的输出连接稳压器，稳压器的输出分别连接第一蓄电器和第二蓄电器，第一蓄电器的输出分别连接负载和传感器，传感器的输出通过控制器连接稳压器的输入。本发明具有清洁、持久和方便快捷的特点，还可用于火车站的地板，商场的地板等人流密集的场所。

Description

一种用于公交汽车的压力发电系统

技术领域

本发明涉及公交汽车的发电系统，利用压电材料将公交车乘客走动时产生的机械能发电。

背景技术

目前，汽车使用的能源大部分来源于燃油，在行驶中生成的废气和污染物严重破坏环境，常用的汽车发电系统是交流发电机，发动机驱动交流发电机转动，使其发出交流电，通过二极管整流将交流电转变为直流电存储在蓄电池中，供汽车使用，这种发电方法消耗发动机一部分功，增加了燃油消耗量。

压电效应是对压电材料施加压力，其表面产生电荷，产生的电荷量与压力成正比，称之为正压电效应；反之施加电压，就会产生机械应力，称之为逆压电效应。压电材料具有很高的能量密度，峰值达100-10000Kw/Kg，通过压力发电已运用到许多领域。

压电材料在压力作用下上下表面产生电荷，压电元件相当于一个电容，可简化为一个正弦电流源，与内在的电极电容C_p并联，在外界压力作用下压电材料产生的电荷和电压分别为：

Q＝d₃₃FA_fp，V＝d₃₃FA_fp/C_p

式中：d₃₃为压电材料的压电常数；F为作用在压电材料表面的应力；A_fp为作用力施加区域的面积；C_p为压电材料等效电容，由公式可知，压电材料产生的电荷和电压与其所受的压力和面积成正比。

城市公交汽车客流量大，上下车及车厢内走动较频繁，对地板产生踩踏压力，在行驶过程中还会因路面的不平整引起地板的振动，对地板产生振动压力，这些压力目前都没有充分利用。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于公交汽车的压力发电系统，利用公交汽车地板压力产生的机械能量，结合压电材料对公交汽车进行发电，节约能源，无污染。

本发明采用的技术方案是：公交车地板上下层之间设置有压力发电装置，压力发电装置由压电材料层、复位弹簧和导线组成，复位弹簧垂直均布于压电材料层和公交车地板下层之间，导线一端连接压电材料层，另一端引出后连接桥式整流器，桥式整流器的输出连接稳压器，稳压器的输出分别连接第一蓄电器和第二蓄电器，第一蓄电器的输出分别连接负载和传感器，传感器的输出通过控制器连接稳压器的输入。

本发明的技术效果是：

1、本发明将乘客走动时对公交车地板的压力作用在压电材料上，使其放出电能并存储和利用，具有清洁、持久和方便快捷的特点。

2、本发明不仅用于公交汽车地板，还可以用于火车站的地板，商场的地板等人流密集的场所。

附图说明

图1为本发明结构连接图；

图2是图1中压力发电装置1的结构示意图，其中，图2(a)是压力发电装置1一个实施例结构示意图，图2(b)是压力发电装置1另一个实施例结构示意图；

图中：1.压力发电装置；2.桥式整流器；3.稳压器；4.第一蓄电器；5.负载；6.第二蓄电器；7.传感器；8.控制器；9.紧固装置；10.公交车地板上层；11.梯形槽；12.导线；13.复位弹簧；14.压电材料层；15.公交车地板下层。

具体实施方式

如图1所示，本发明由压力发电装置1、桥式整流器2、稳压器3、第一蓄电器4、负载5、第二蓄电器6、传感器7和控制器8连接组成。其中，压力发电装置1的输出依次连接桥式整流器2和稳压器3，稳压器3的输出分别连接第一蓄电器4和第二蓄电器6，第一蓄电器4的输出分别连接负载5和传感器7，传感器7的输出通过控制器8连接稳压器3的输入。

图2为图1中压力发电装置1的结构剖视图，压力发电装置1安装在公交车地板上下层10、15之间，压力发电装置1由压电材料层14、复位弹簧13和导线12组成，导线12的一端与压电材料层14焊接连接，导线12引出后另一端连接桥式整流器2。压电材料层14选用强度较高的复合材料制作成板状结构，压电材料层14安装在公交车地板上下层10、15之间时，可采用如图2(a)所示的具有单层压电材料和图2(b)所示具有多层压电材料的两种安装结构，具体描述如下：

如图2(a)，将压力发电装置1安装在公交车地板上下层10、15之间，在公交车地板上层10底面与压电材料层14上表面压触，公交车地板上层10底面间隔均布梯形槽11，梯形槽11的高度为0.2-0.5mm，底边长为3-7mm，梯形槽11产生较大的张力，可增加压电材料层14的受力面积，从而提高发电量。在压电材料层14和公交车地板下层15之间垂直均布复位弹簧13，在公交车地板下层15上设置凹槽，复位弹簧13放在相应凹槽内，可防止复位弹簧13在横向方向上的移动。复位弹簧13在压电材料层14没有受压时呈自由伸长状态，当压电材料层14受到一定压力时，复位弹簧13呈压缩状态。压电材料层14的压力消失时，复位弹簧13伸长给压电材料层14向上的力，使压电材料层14立刻恢复到受压前的状态，为下一次受压放电准备。复位弹簧13提高了压电材料层14的放电频率，从而增加了放电量。紧固装置9位于压电材料层14的侧端，起固定连接压力发电装置1的作用，可将压电材料层14和公交车地板上下层10、15紧贴在一起。

如图2(b)，为了提高发电量，可以采用多层压电材料。采用多层压电材料时，在公交车地板上层10间隔设置二层或二层以上的压电材料层14，在位于最下层的压电材料层14和公交车地板下层15之间垂直均布复位弹簧13，压电材料14并联以增大电流量，串联增大电压量，由每一层压电材料层14焊接连接的导线12并联或串联引出后连接桥式整流器2。紧固装置9、梯形槽11的设置与图2(a)所示结构一样，在与每层压电材料层14上表面压触的公交车地板上层10底面上均间隔均布梯形槽11。

本发明的工作原理是：当乘客上车或者在车内走动时，压力作用在公交车地板上层10上，梯形槽11将作用在公交车地板上层10上的压力扩大传递到压电材料层14上，压电材料层14弯曲放出一定的电能，经导线12引入到桥式整流器2中，桥式整流器2将交流电转变为直流电经稳压器3稳压后存储到第一蓄电器4中，第一蓄电器4中的电量直接供给公交车上的显示器和照明灯。当压力发电装置1发出的电量过多使第一蓄电器4充满，电量饱和时，加载在第一蓄电器4中的传感器7会发出蓄电器4饱和的信号，传送到控制器8中，控制器8会切断向第一蓄电器4的供电，向第二蓄电器6供电，当第一蓄电器4电量不足时，传感器7发出电量不足的信号，向第一蓄电器4供电。当作用在压电材料层14上的压力消失时，复位弹簧13给压电材料层14向上的力，使其能够快速恢复到受压前的状态。复位弹簧13还起到减震的作用，当路面不平整时，复位弹簧13会吸收一部分振动的能量，提高车辆的舒适性；而且在车辆振动过程中因为受力的不平衡使压电材料层14变形发出电能。

Claims (3)

1.一种用于公交汽车的压力发电系统，公交车地板上下层(10、15)之间设置有压力发电装置(1)，其特征是：所述压力发电装置(1)由压电材料层(14)、复位弹簧(13)和导线(12)组成，复位弹簧(13)垂直均布于压电材料层(14)和公交车地板下层(15)之间，导线(12)一端连接压电材料层(14)，另一端引出后连接桥式整流器(2)，桥式整流器(2)的输出连接稳压器(3)，稳压器(3)的输出分别连接第一蓄电器(4)和第二蓄电器(6)，第一蓄电器(4)的输出分别连接负载(5)和传感器(7)，传感器(7)的输出通过控制器(8)连接稳压器(3)的输入。

2.根据权利要求1所述的一种用于公交汽车的压力发电系统，其特征是：公交车地板上层(10)间隔设置有二层以上的压电材料层(14)，压电材料(14)并联或串联由导线(12)引出后与桥式整流器(2)连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于公交汽车的压力发电系统，其特征是：与压电材料层(14)上表面压触的公交车地板上层(10)底面间隔均布有梯形槽(11)，梯形槽(11)高度为0.2-0.5mm，底边长为3-7mm。

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