CN101888193B - 一种应用于跑步机的压力发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种应用于跑步机的压力发电系统，跑步机上层踏板和跑步机下层踏板之间设置有压力发电装置，压力发电装置与电路板和充电锂电池依次串接，电路板由桥式整流器、超级电容器、DC-DC升压电路、防反充二极管依次串接组成，压力发电装置的输出连接桥式整流器输入，防反充二极管的输出连接充电锂电池；压力发电装置由压电材料层、复位弹簧和导线组成，导线一端与压电材料层连接，另一端引出后连接桥式整流器，复位弹簧垂直均布于压电材料层和跑步机下层踏板之间。本发明将人运动的机械能经压电材料转换为电能并存储和利用，供给跑步机功能控制和显示单元使用，为跑步机解决外接电源，具有结构简单、使用方便、清洁无污染、能量密度高等优点。

Description

一种应用于跑步机的压力发电系统

技术领域

本发明涉及压力发电系统，特指应用于跑步机的压力发电系统。

背景技术

跑步机为室内运动最主要的运动器械，具有功能控制和显示单元，这些装置需要外接电源进行供电，因此，跑步机需要插电后才能使用，这不仅增加了能源的消耗，也给使用者带来不便。

压电效应的原理是对压电材料施加压力，使其表面产生电荷，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。利用压电材料发电已运用到许多领域，压力发电具有清洁、持久等优点。

当人在跑步机上运动时会产生机械能，跑步时产生的机械能目前没有得到充分利用。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，充分利用人在跑步机上跑步时的压力并采用压电材料，提出一种应用于跑步机的压力发电系统，将机械能转换为电能直接供给跑步机使用。

本发明采用的技术方案是：跑步机上层踏板和跑步机下层踏板之间设置有压力发电装置，压力发电装置与电路板和充电锂电池依次串接，电路板由桥式整流器、超级电容器、DC-DC升压电路、防反充二极管依次串接组成，压力发电装置的输出连接桥式整流器输入，防反充二极管的输出连接充电锂电池；压力发电装置由压电材料层、复位弹簧和导线组成，导线一端与压电材料层连接，另一端引出后连接桥式整流器，复位弹簧垂直均布于压电材料层和跑步机下层踏板之间。

本发明的有益效果是：本发明结合了跑步机的使用特征，将跑步机和压电材料相结合，将人运动的机械能经压电材料转换为电能并存储和利用，产生的电能供给跑步机功能控制和显示单元使用，为跑步机解决外接电源，使跑步机无需外接电源就可以正常工作，具有结构简单、使用方便、清洁无污染、能量密度高等优点。

附图说明

图1为本发明压力发电系统的结构连接图；

图2为图1所示压力发电系统使用于跑步机的状态示意图，

图3为图2中压力发电装置1的剖面示意图，其中，图3(a)为具有单层压电材料的压力发电装置1的剖面示意图，图3(b)为具有双层压电材料的压力发电装置1的剖面示意图；

图中：1.压力发电装置；2.桥式整流器；3.超级电容器；4.DC-DC升压电路；5.防反充二级管；6.充电锂电池；7.电路板；8.显示屏；9.底座；10.跑步带；11.导线；12.紧固装置；13.跑步机上层踏板；14.梯形槽；15.导线；16.复位弹簧；17.压电材料层；18.跑步机下层踏板。

具体实施方式

如图1所示，本发明由压力发电装置1、电路板7和充电锂电池6依次串接组成。电路板7由桥式整流器2、超级电容器3、DC-DC升压电路4、防反充二极管5依次串接组成。压力发电装置1的输出连接桥式整流器2的输入，防反充二极管5的输出连接充电锂电池6。

如图2-3所示，跑步机下部为底座9，底座9最上面具有跑步带10，跑步机上层踏板13设置于跑步带10下部，压力发电装置1安装在底座9上，具体设置在跑步机上层踏板13和跑步机下层踏板18之间。电路板7的结构较小，可选择安装在跑步机的合适位置。跑步机的显示屏8设置在跑步机最上面，充电锂电池6设置在显示屏8的旁边；导线11连接压力发电装置1、电路板7和充电锂电池6。

位于跑步机上层踏板13和跑步机下层踏板18之间的压力发电装置1由压电材料层17、复位弹簧16、导线15组成。导线15的一端与压电材料层17焊接连接，导线15另一端引出后连接桥式整流器2。压电材料层17选用强度较高的复合材料制作成板状结构，可采用如图3(a)所示的具有单层压电材料和图3(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3(a)，跑步机上层踏板13底面与压电材料层17上表面压触，跑步机上层踏板13底面间隔均布梯形槽14，梯形槽14的高度为0.2-0.5mm，底边长为3-7mm，梯形槽14产生较大的张力，可增加压电材料层17的受力面积，从而提高发电量。在压电材料层17和跑步机下层踏板18之间垂直均布复位弹簧16，在跑步机下层踏板18上设置凹槽，复位弹簧16放在相应凹槽内，可防止复位弹簧16在横向方向上的移动。复位弹簧16在压电材料层17没有受压时呈自由伸长状态，当压电材料层17受到一定压力时，复位弹簧16呈压缩状态。压电材料层17的压力消失时，复位弹簧16伸长给压电材料层17向上的力，使压电材料层17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16提高了压电材料层17的放电频率，从而增加了放电量，复位弹簧16还起到减震的作用，使人跑步时更加舒适。紧固装置12位于压电材料层17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17和跑步机上层踏板13和跑步机下层踏板18紧贴在一起。

如图3(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，在跑步机上层踏板13上间隔设置二层或二层以上的压电材料层17，在位于最下层的压电材料层17和跑步机下层踏板18之间垂直均布复位弹簧16，压电材料层17并联以增加电流，串联增加电压，每一层压电材料层17焊接连接的导线15并联或串联后连接桥式整流器2。紧固装置12、梯形槽14的设置与图3(a)所示结构一样，在与每层压电材料层17上表面压触的跑步机上层踏板13底面上均间隔均布梯形槽14。

当人在跑步机上跑步时，变化的压力作用在跑步机上层踏板13上，梯形槽14把作用在上层踏板13上的压力扩大传递到压电材料层17上，压电材料层17受压放出一定的电能，经导线15引入到桥式整流器2中，再存储在超级电容器3中，超级电容器把电能输送到DC-DC升压电路4，经DC-DC升压电路4处理后输出稳定的电压，经防反充二极管5后输入到充电锂电池6内，供跑步机控制和显示单元使用，防反充二极管5能防止充电锂电池6的电压倒流。

Claims (2)

1.一种应用于跑步机的压力发电系统，跑步机上层踏板(13)和跑步机下层踏板(18)之间设置有压力发电装置(1)，压力发电装置(1)与电路板(7)和充电锂电池(6)依次串接，电路板(7)由桥式整流器(2)、超级电容器(3)、DC-DC升压电路(4)、防反充二极管(5)依次串接组成，压力发电装置(1)的输出连接桥式整流器(2)输入，防反充二极管(5)的输出连接充电锂电池(6)；压力发电装置(1)由压电材料层(17)、复位弹簧(16)和导线(15)组成，导线(15)一端与压电材料层(17)连接，另一端引出后连接桥式整流器(2)，复位弹簧(16)垂直均布于压电材料层(17)和跑步机下层踏板(18)之间，其特征是：跑步机上层踏板(13)上间隔设置二层或二层以上的压电材料层(17)，每一层压电材料层(17)连接的导线(15)并联或串联后连接桥式整流器(2)，在位于最下层的压电材料层(17)和跑步机下层踏板(18)之间垂直均布有复位弹簧(16)，在与每层压电材料层(17)上表面压触的跑步机上层踏板(13)底面上均间隔均布有梯形槽(14)。

2.根据权利要求1所述的一种应用于跑步机的压力发电系统，其特征是：跑步机上层踏板(13)底面上间隔均布梯形槽(14)，梯形槽(14)的高度为0.2-0.5mm，底边长为3-7mm。

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