CN103178747B - 基于楼梯的压电发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于楼梯的压电发电装置，包括动子和定子两部分，动子由踏板(6)和联接在踏板(6)上的定位销(5)构成，设置在定子的上方；定子由基板(1)和安装在基板(1)上的支撑限位条(2)、弹簧(3)和压电发电单元(4)构成；压电发电单元(4)由上压板(48)、T型弹性杆(45)、设置在T型弹性杆(45)上侧靠近上压板(48)的主动压块(46)、设置在T型弹性杆(45)下侧端部的从动压块(44)、A支撑板(40)、B支撑板(49)、联接件(47)、铜极板(42)以及粘贴在铜极板(42)上下两面的A压电陶瓷片(41)和B压电陶瓷片(42)构成，并由联接件(47)将其固定在基板(1)上表面。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用压电陶瓷材料正压电效应的能量回收装置，具体来说，涉及一种基于楼梯的压电发电装置。
背景技术
随着能源的日趋紧张和人们环保意识的日趋增强，节能环保等问题以及环保无污染新能源的开发和利用倍受世界各国的关注和重视。利用压电陶瓷正压电效应进行发电的装置因其具有环保节能、结构简单、无电磁干扰、易于实现、成本低等优点，成为世界各国研究人员的关注热点。利用人体动能进行压电发电，符合当前节能环保的要求，并具有较高的经济效益。
国内外所研究的利用人体动能进行压电发电装置较多，典型的如压电发电鞋，国内公开号为CN101728975A专利所发明的一种基于人体动能激励的压电发电装置及其发电方法，它为一种脚型的压电发电复合板，安装于鞋垫或鞋底，将人们日常行走运动的部分能量转换为电能。但是，目前的压电发电鞋或鞋垫纯属个人行为，发电分散，发电量小，直接踩踏压电陶瓷片易导致其破裂损坏，经济实用性差。如果利用轨道交通、商场、楼梯口等人流量较大的场合人们踩踏的动能进行压电发电，则具有较大的经济效益。
为了提高现有利用人体动能进行压电发电的效益，公开号为CN201956927U的专利文献公开了一种利用人体频繁踏走的压电发电装置，该装置利用人体对弹簧杠杆机构踩踏形成弹簧形变的势能，进而释放弹簧形变势能对压电材料敲击进行压电发电，该装置结构简单，成本低，发电量集中，但是在实验中发现，该装置存在一定的不足，由于人体踩踏杠杆结构后脚收起的速度较慢，弹簧形变势能释放后对压电陶瓷材料形成的敲击力很小，影响了压电陶瓷片的发电转换效率，另外，人体踩踏的行程大于2mm，有踩空等不适感。
为了利用人体踩踏楼前台阶的能量进行发电，公开号为CN102064734A的专利文献公开了一种楼前台阶的压电发电装置，把压电陶瓷设置于上地毯和下地毯之间，通过人体对压电陶瓷的踩踏产生电能并进行能量收集，该装置具有结构简单，成本低，发电量集中等优点，但是该装置也存在一定的不足：压电转化效率低，人体踩踏地毯后直接冲击压电陶瓷片，易导致压电陶瓷片脆性破裂损坏。
发明内容
本发明提供了一种新型的基于楼梯的压电发电装置，目的是为了提高利用人体动能进行压电发电的转换效率，避免踩踏压电发电装置时有踩空等不适感和直接踩踏压电陶瓷片易导致其破裂损坏等问题。
一种基于楼梯的压电发电装置，包括动子和定子两部分，动子由踏板6和联接在踏板6上的定位销5构成，设置在定子的上方；定子由基板1和安装在基板1上的支撑限位条2、弹簧3和压电发电单元4构成，基板1上设置有可以与动子上定位销5相配合的孔，当定位销5插入到基板1上的孔后，动子就不能再前后左右移动，只能上下移动；三根支撑限位条2安装在基板1上表面上，两根设置在基板1两边，一根设置在基板1中间，把基板1分为两个狭长的区域，在这两个狭长区域内安装有多个压电发电单元4，且在每个狭长区域内，每隔1-3个压电发电单元4的间距在其间隔中安装有一个弹簧3；压电发电单元4由上压板48、T型弹性杆45、设置在T型弹性杆45上侧靠近上压板48的主动压块46、设置在T型弹性杆45下侧端部的从动压块44、A支撑板40、B支撑板49、联接件47、铜极板42以及粘贴在铜极板42上下两面的方形A压电陶瓷片41和方形B压电陶瓷片42构成，A压电陶瓷片41和B压电陶瓷片42均为沿厚度方向极化且极化方向相反，所有压电发电单元4的A压电陶瓷片41和B压电陶瓷片42均通过串联或并联方式连接于能量转换电路和能量储存装置；主动压块46通过粘接或焊接方式设置在T型弹性杆45上侧靠近上压板48的位置，主动压块46到上压板48距离为T型弹性杆45悬臂长度的1/10到1/2，从动压块44通过粘接或焊接方式设置在T型弹性杆45端部下侧；A支撑板40、铜极板42、B支撑板49、T型弹性杆45和上压板48依次从下向上设置，A支撑板40、铜极板42、B支撑板49、T型弹性杆45和上压板48上均开设有可供联接用的联接孔，由联接件47穿过各个零件的联接孔后将其联接为一体并固定在基板1上表面。当T型弹性杆45的T型端部由上压板48和B支撑板49夹紧固定后，T型弹性杆45就形成了悬臂杠杆结构，T型弹性杆45被固定处为支点，主动压块46到支点段为动力臂，从动压块44到支点段为阻力臂。
在竖直方向上，所述的上压板48的上表面高度和的支撑限位条2的上表面高度平齐，弹簧3上表面的高度和主动压块46上表面高度平齐，且弹簧3和主动压块46的上表面高度均比上压板48和支撑限位条2上表面高度高出0.3~1.5mm。
当人体踩踏动子的踏板6时，踏板6和主动压块46向下移动，根据杠杆原理，设置在T型弹性杆45下侧的从动压块44就会向下移动多于主动压块46下移的距离，即只需对踏板6和主动压块46向下踩踏很小的距离，即可驱动压电发电板一端向下弯曲较大的距离来实现人体动能到电能的能量转换，从而提高了压电发电板的压电转换效率。当人体踩踏结束脚抬起后，基板1上的弹簧3由于踏板6压缩产生的势能开始释放，弹起踏板6到原来位置，压电发电板则由自身的弹性恢复到原来状态。由于踏板6较大，当有人踩踏压板时，同时驱动多个压电发电单元4进行发电，最大限度的利用了人体踩踏产生的动能。整个压电发电装置放置在人流较大的楼梯上，当有人连续经过踩踏踏板6并释放时，该压电发电装置即可完成连续的压电发电过程。
更进一步，整个基于楼梯的压电发电装置的踏板6上铺一层地毯进行外观美化。
由于上压板48和支撑限位条2的支撑限位作用，限制踏板6、主动压块46和人体仅能向下移动0.3~1.5mm，距离较短，无踩空等不适的感觉，且避免了人体踩踏冲击力和压电陶瓷片的直接接触，保证压电陶瓷片不被冲击破裂或损坏。与现有技术相比，该基于楼梯的压电发电装置具有结构简单、功率容量大、整机制造装配容易、成本低、压电转换效率高、踩踏时无踩空等不适感、对环境无污染、使用寿命长等优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中压电发电单元的结构示意图。
图3是本发明压电发电单元的前视图。
图4是本发明中压电发电单元上压板的结构示意图。
图5是本发明中压电发电单元T型弹性杆的结构示意图。
图6是本发明中压电发电单元B支撑板的结构示意图。
图7是本发明中压电发电单元铜极板的结构示意图。
图8是本发明中压电发电单元A支撑板的结构示意图。
图9是本发明中压电发电单元主动压块的结构示意图。
图10是本发明中压电发电单元从动压块的结构示意图。
图11是本发明中基板的结构示意图。
图12是本发明中支撑限位条的结构示意图。
图中标号说明：1.基板，2.支撑限位条，3. 弹簧B，4.压电发电单元，5.定位销，6.踏板，40.A支撑板，41.A压电陶瓷片，42.铜极板，43.B压电陶瓷片，44.从动压块，45.T型弹性杆，46.主动压块，47.联接件，48.上压板，49.B支撑板
具体实施方式
结合图1-3所示，基于楼梯的压电发电装置包括动子和定子两部分，动子由踏板6和联接在踏板6上的定位销5构成，设置在定子的上方，踏板6材料为松木，长2200mm，宽290mm，厚6mm；定子由基板1和安装在基板1上的支撑限位条2、弹簧3和压电发电单元4构成，基板1材料为松木，长2200mm，宽290mm，厚20mm，基板1上设置有可以与动子上定位销5相配合的孔，孔径为10.1mm，定位销5直径为10mm，当定位销5插入到基板1上的孔后，动子就不能再前后左右移动，只能上下移动；三根支撑限位条2安装在基板1上表面上，两根设置在基板1两边，一根设置在基板1中间，把基板1分为两个狭长的区域，在这两个狭长区域内按照等间距设置，每侧安装18个压电发电单元4，在基板1上方共计安装有36个压电发电单元4，且在每个狭长区域内，每隔1-3个压电发电单元4的间距在其间隔中安装有一个弹簧3，弹簧3中径16mm，长度20mm。
压电发电单元4包括上压板48、T型弹性杆45、主动压块46、从动压块44、A支撑板40、B支撑板49、螺钉、铜极板42以及粘贴在铜极板42上下两面的A压电陶瓷片41和B压电陶瓷片42，铜极板42材料为铍青铜，长度为70mm，宽度为50mm，厚度为0.3mm，A压电陶瓷片41和B压电陶瓷片42的材料均为PZT-5，长度为50mm，宽度为50mm，厚度为0.2mm，A压电陶瓷片41和B压电陶瓷片42均为沿厚度方向极化且极化方向相反，每对A压电陶瓷片41和B压电陶瓷片42进行并联，然后再将36个压电发电单元4进行并联连接于能量转换电路和能量储存装置；主动压块46粘接在T型弹性杆45上侧靠近上压板48的位置，主动压块46到上压板48距离为T型弹性杆45悬臂长度的1/5，从动压块44通过粘接在T型弹性杆45端部下侧；A支撑板40、铜极板42、B支撑板49、T型弹性杆45和上压板48依次从下向上设置，A支撑板40、铜极板42、B支撑板49、T型弹性杆45和上压板48上均开设有可供联接用的联接孔，孔直径为4mm，由螺钉穿过各个零件的联接孔后将其联接为一体并固定在基板1上表面，螺钉47公称直径为3mm。
在竖直方向上，所述的上压板48的上表面高度和的支撑限位条2的上表面高度平齐，弹簧3上表面的高度和主动压块46上表面高度平齐，且弹簧3和主动压块46的上表面高度均比上压板48和支撑限位条2上表面高度高出1mm。
结合图4-12所示，踏板6、定位销5、基板1、支撑限位条2、铜极板42、从动压块44、T型弹性杆45、主动压块46、上压板48、B支撑板49和A支撑板40结构示意图，充分体现了各个零件的结构，以便理解各个零件之间的联接关系。
将该发明的压电发电装置放于楼梯上，模拟人体踩踏的情况进行实验，当人踩踏动子踏板6时，踏板6和主动压块46仅能向下移动1mm，人体踩踏向下位移距离较短，无踩空等不适感，根据杠杆原理，主动压块46向下移动1mm，设置在T型弹性杆45下侧的从动压块44则向下移动5mm，当踩踏压板时，同时驱动了多个压电发电单元4进行发电，当有人连续经过踩踏踏板6并释放时，该压电发电装置即可完成连续的压电发电过程。当踩踏频率为1Hz时，使用示波器对A压电陶瓷片1和B压电陶瓷片3的输出电压进行测量，其输出电压最大值分别为12.2V和11.8V，发电性能良好。
Claims (1)
1.一种基于楼梯的压电发电装置，其特征在于：包括动子和定子两部分，动子由踏板(6)和联接在踏板(6)上的定位销(5)构成，设置在定子的上方；定子由基板(1)和安装在基板(1)上的支撑限位条(2)、弹簧(3)和压电发电单元(4)构成，压电发电单元(4)由上压板(48)、T型弹性杆(45)、设置在T型弹性杆(45)上侧靠近上压板(48)的主动压块(46)、设置在T型弹性杆(45)下侧端部的从动压块(44)、A支撑板(40)、B支撑板(49)、联接件(47)、铜极板(42)以及粘贴在铜极板(42)上下两面的方形A压电陶瓷片(41)和方形B压电陶瓷片(43)构成，所述的A压电陶瓷片(41)和B压电陶瓷片(43)均为沿厚度方向极化且极化方向相反，所述的主动压块(46)到上压板(48)距离为T型弹性杆(45)悬臂长度的1/10到1/2，在竖直方向上，所述的上压板(48)的上表面高度和支撑限位条(2)的上表面高度平齐，弹簧(3)上表面的高度和主动压块(46)上表面高度平齐，且弹簧(3)和主动压块(46)的上表面高度均比上压板(48)和支撑限位条(2)上表面高度高出0.3~1.5mm；A支撑板(40)、铜极板(42)、B支撑板(49)、T型弹性杆(45)和上压板(48)依次从下向上设置，A支撑板(40)、铜极板(42)、B支撑板(49)、T型弹性杆(45)和上压板(48)上均开设有可供联接用的联接孔，由联接件(47)穿过各个零件的联接孔后将其联接为一体并固定在基板(1)上表面，所述基板(1)上安装有多个压电发电单元(4)，所述基板(1)上表面每隔1-3个压电发电单元(4)间距安装有弹簧(3)，所述的A压电陶瓷片(41)和B压电陶瓷片(43)均通过串联或并联方式连接于能量转换电路和能量储存装置。
2. 根据权利要求1所述的基于楼梯的压电发电装置，其特征在于：还包括地毯，在所述的踏板(6)上铺一层地毯进行外观美化。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5192890A (en) * | 1989-09-25 | 1993-03-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration driven actuator |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5192890A (en) * | 1989-09-25 | 1993-03-09 | Canon Kabushiki Kaisha | Vibration driven actuator |
| CN201956927U (zh) * | 2011-02-25 | 2011-08-31 | 南京工程学院 | 一种利用频繁人体踏走的压电发电装置 |
| CN103023376A (zh) * | 2012-11-08 | 2013-04-03 | 陈翔 | 利用楼梯踏步压电发电的方法 |
| CN203225678U (zh) * | 2013-04-22 | 2013-10-02 | 苏州科技学院 | 基于楼梯的压电发电装置 |
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