CN103618476A - 一种基于压电材料的发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于压电材料的发电装置，该装置是由顶板1、支座2、拱形支持片3、压电片4、底板5、定位栓6和定位孔7组成。拱形支持片3为具有折面11、折面12和折面13三个折面，其中折面11和折面13为平面，折面12为弧形曲面；上下两片相同形状的拱形支持片3用粘胶8牢固粘贴或焊接或用螺丝9固定连接为双拱支持片结构；每片拱形支持片3上贴有若干压电片4，并组成一个基本发电单元，每个基本发电单元分别放置于支座2的凹槽中，每一个发电单元和支座2内部的凹槽尺寸相匹配，每个发电单元用导线连接。顶板1两端与支座2之间是由定位栓6与定位孔7相匹配连接，其中定位栓6上套有弹簧用于顶板的复位，底板5与支座2之间为固定连接。

Description

一种基于压电材料的发电装置

技术领域

本发明涉及一种利用人踩踏、步行、跳跃及各种车辆行驶产生的地面形变来发电的发电装置，属于新型能源技术领域。

背景技术

近年来利用压电材料进行能量收集的研究越来越受到人们的关注，。利用压电材料进行能量收集就是依靠外界振动或压力使压电材料产生变形而产生电能，由于可利用的振动源或压力供给源无处不在，因此这种方式的能量收集技术具有广阔的应用场景。另外，利用压电材料制作的压电发电装置结构简单，易于实现，成本低，可大型化批量生产。

中国科学院上海硅酸盐研究罗豪甦等人报道了金属帽形状的铙钹及弯月结构的发电地板并申请了相应的发明专利，然而金属帽形状的铙钹结构或弯月结构具有力学弹性形变量小，对较小外力的激励不是十分敏感的问题，从而制约发电地板的发电效率。本发明提出一种新型结构的发电装置，它具有对较小外力敏感的特点，能够高效地将人体或车辆或动物移动时在地面产生的机械能转换为电能，实现了通常被废弃的能量高效回收再利用，并且不产生有毒或有害物质的排放，符合了国家环境保护的可持续发展的要求。

发明内容

本发明目的在于提供了一种基于压电材料制作的采集人体或车辆或物体移动及运动时产生的机械能并转换成电能的发电装置，该装置中的发电结构单元是采用了双拱结构，形变量大，对较小外力的激励也十分敏感，从而大幅度提高发电效率。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种基于压电材料的发电装置，该装置是由顶板1、支座2、拱形支持片3、压电片4、底板5、定位栓6和定位孔7组成。拱形支持片3是采用弹性较好的金属或者合金材料，并具有折面11、折面12和折面13三个折面，其中折面11和折面13为平面，折面12为弧形曲面；上下两片相同形状的拱形支持片3用粘胶8牢固粘贴或焊接或用螺丝9固定连接为双拱支持片结构；每片拱形支持片3上贴有若干压电片4，并组成一个基本发电单元，每个基本发电单元分别放置于支座2的凹槽中，每一个发电单元和支座2内部的凹槽尺寸相匹配，每个发电单元用导线连接。顶板1两端与支座2之间是由定位栓6与定位孔7相匹配连接，其中定位栓6上套有弹簧用于顶板的复位，底板5与支座2之间为固定连接。本发明是根据地板的尺寸以及结构单元的个数用串并联混合方式，从而使得输出功率最大，再用接口电路对发电地板产生的电压进行整流和稳压。

上述基于压电材料的发电装置，其顶板1采用木质材料或者瓷砖材料或者聚合物材料。

上述基于压电材料的发电装置，其定位栓6上的弹簧为缓冲和复位的组件。

上述基于压电材料的发电装置，其压电片4采用压电陶瓷或者压电复合材料或者压电高分子材料，结构单元的形状为矩形。

上述基于压电材料的发电装置，其支持片3成对使用，连接成双拱结构。

上述基于压电材料的发电装置，其支持片3用弹性较好的金属或者合金材料来制作。

上述基于压电材料的发电装置，其顶板1上的定位栓6和支座2上的定位孔7的尺寸相匹配。

上述基于压电材料的发电装置，其中每一个发电单元和支座2内部的凹槽尺寸相匹配。

有益效果：

本发明在发电装置中采用一种双拱片结构来夹持压电材料，该结构可把夹持片所受到的压力很好的传递给压电材料，大幅提高了压电材料对微小振动或外力的敏感度从而提高了发电效率，该结构简单、新颖，制作方便，可以用于多种场所并能取得很好的效果，是一种新型实用能源技术。

附图说明

图1为本发明发电装置的结构示意图。

标识说明：1-顶板；2-支座；3-支持片；4-压电片；5-底板；6-定位栓；11-折面；12-折面；13-折面。

图2为本发明顶板的结构示意图。

标识说明：1-顶板；6-定位栓。

图3为本发明支座的结构示意图。

标识说明：2-支座；7-定位孔。

图4为本发明压电材料极化方向的示意图。

标识说明：4-压电片；10-电极材料；图中箭头表示极化方向。

图5为本发明双拱夹持片结构的示意图。

标识说明：（a）表示粘贴或焊接而成的双拱结构；（b）表示为粘贴或焊接而成的双拱结构的立体示意图；（c）表示为螺丝固定而成的双拱结构；3-支持片；8-粘胶；9-螺丝。

图6为本发明双拱发电单元的示意图。

标识说明：（a）表示压电片在双拱夹持片结构的内侧；（b）表示压电片在双拱夹持片结构的外侧；（c）表示压电片在双拱夹持片结构的两侧4-压电片。

图7为本发明发电装置的整体结构状态图。

图8为本发明能量回收电路的示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明创造作进一步的详细说明。

本发明是将压电发电装置安装在人行通道上，特别是人流量大的车站、地铁站、教学楼、商场、超市通道上和歌舞厅等地面上，收集人们行走时对于地面的作用力发电，并蓄积加以利用。

具体实施方式包括如下：

如图1至图8所示，本发明提供了一种基于压电材料的发电装置，该装置是由顶板1、支座2、支持片3、压电片4、底板5、定位栓6和定位孔7组成。整个装置的结构单元是由若干发电单元叠加形成。顶板1两端与支座2之间由定位栓6与定位孔7相匹配连接，每两片拱形的支持片3用粘胶8或螺丝9牢固粘贴或焊接或用螺丝固定构成一个发电单元；所述每片支持片3上贴有若干压电片4，每个压电片4用导线串联或者并联，每个发电单元用导线连接。底板5两端与支座2之间固定连接。定位栓6尺寸与定位孔7相互吻合，定位栓6上有弹簧以便收缩缓冲复位。

上述基于压电材料的发电装置，其顶板1采用木质材料或者瓷砖材料或者聚合物材料。

上述基于压电材料的发电装置，其定位栓6上的弹簧为缓冲和复位的组件。

上述基于压电材料的发电装置，其压电片4采用压电陶瓷、压电复合材料或者压电高分子材料，结构单元的形状为矩形。

上述基于压电材料的发电装置，其支持片3成对使用并固定成双拱结构。

上述基于压电材料的发电装置，其支持片3用弹性较好的金属或者合金材料来制作。

上述基于压电材料的发电装置，其顶板1上的定位栓6和支座2上的定位孔7的尺寸相匹配。

上述基于压电材料的发电装置，其中每一个发电单元和支座2内部的凹槽尺寸相匹配。

本发明当地面震动或者受到挤压时，该发电装置中的顶板1受到挤压向下运动，定位栓6上的弹簧收缩，定位栓6进入定位孔7从而使得顶板1挤压支持片3，支持片3上的压电片4发生形变从而产生达到发电效果，再加上能量回收电路达到对外输出电能的效果。

其中，压电材料的极化方向有如图4所示的（a）和（b）的单层方式以及（c）中多层叠放三种方式，极化方向如图中箭头所示。双拱结构可以有如图5中（a）粘贴或焊接和（b）螺丝固定这两种方式。双拱发电单元中压电片的粘贴方式可以有如图6中（a）在双拱夹持片结构的内侧、（b）在双拱夹持片结构的外侧和（c）在双拱夹持片结构的两侧三种方式。发电装置可以由若干个结构单元组合而成，如图7所示。

如图8所示，本发明的简易能量回收电路图中接口电路起到整流稳压的作用，以使能量能够稳定输出。

Claims (7)

1.一种基于压电材料的发电装置，该装置是由顶板（1）、支座（2）、拱形支持片（3）、压电片（4）、底板（5）、定位栓（6）和定位孔（7）组成；所述的拱形支持片（3）具有三个折面，其中折面（11）和折面（13）为平面，折面（12）为弧形曲面；上下两片相同形状的拱形支持片（3）用粘胶（8）牢固粘贴或焊接或用螺丝（9）固定联接为双拱夹持片结构；每片拱形支持片（3）上贴有若干压电片（4），并组成一个基本发电单元，每个基本发电单元分别放置于支座的凹槽中，每一个发电单元和支座（2）内部的凹槽尺寸相匹配；每个发电单元用导线联接；顶板（1）两端与支座（2）之间是由定位栓（6）与定位孔（7）相匹配连接，其中定位栓（6）上套有弹簧用于顶板的复位，底板（5）与支座（2）之间为固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于压电材料的发电装置，其特征在于：所述的拱形支持片（3）是采用弹性较好的金属或者合金材料制作而成。

3.根据权利要求1所述的一种基于压电材料的发电装置，其特征在于：所述的压电片（4）为矩形结构。

4.根据权利要求1所述的一种基于压电材料的发电装置，其特征在于：所述的压电片（4）的材质为压电陶瓷、压电复合材料或者压电高分子材料。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种基于压电材料的发电装置，其特征在于：所述的支持片（3）和压电片（4）组成的每个基本发电单元之间用导线串联或者并联。

6.根据权利要求1所述的一种基于压电材料的发电装置，其特征在于，所述压电片（4）的粘贴方式包括：在双拱夹持片结构的内侧、外侧和两侧三种方式。

7.根据权利要求1所述的一种基于压电材料的发电装置，其特征在于：所述发电装置的能量回收电路中的接口电路包括整流稳压模块。

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