CN104787163A - 一种自行车脚踏板发电照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自行车脚踏板发电照明装置，所述自行车脚踏板发电照明装置包括发电装置及照明电路，所述发电装置装配在自行车脚踏板上，用于将脚踩脚踏板的部分动能，基于压电陶瓷的压电效应转换为电能，所述照明电路用于将所述电能直接用于照明或存储。本发明的器件全部内嵌在自行车的脚踏板和大梁中，对自行车的外观没有改变；而且本发明节能环保，可长期供电。

Description

一种自行车脚踏板发电照明装置

技术领域

本发明涉及能量转换领域，具体涉及一种利用无铅压电陶瓷作为能量转换核心元件，通过压电效应产生电能的自行车脚踏板发电照明装置。

背景技术

目前，自行车较少配有照明光源，人员在夜间骑行时视野差、安全系数低。少量自行车配有照明装置，而且其电源多为插拔式充电电池或一次性碱性电池。电池充电、安装操作极为繁琐，废旧碱性电池或铅酸充电电池都对环境造成危害。

压电陶瓷通过正压电效应可以将机械能转换为电能，通过逆压电效应可将电能转化为机械能。目前大量使用的压电材料是以氧化铅为原理的铅基压电陶瓷，考虑到环保和人类身体健康的因素，无铅压电陶瓷成为一种备受关注的新型能量收集和能量转换材料。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种自行车脚踏板发电照明装置，用于解决现有技术中自行车夜间骑行时照明电源带来的不便的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种自行车脚踏板发电照明装置，所述自行车脚踏板发电照明装置包括发电装置及照明电路，所述发电装置装配在自行车脚踏板上，用于将脚踩脚踏板的部分动能，基于压电陶瓷的压电效应转换为电能，所述照明电路用于将所述电能直接用于照明或存储。

作为本发明的自行车脚踏板发电照明装置的一种优选方案，所述发电装置包括无铅压电陶瓷内嵌的脚踏板，所述照明电路包括桥式整流电路、电能存储器及照明部件。

作为本发明的自行车脚踏板发电照明装置的一种优选方案，所述发电装置的压电陶瓷内嵌两只脚踏板的正反两面。

作为本发明的自行车脚踏板发电照明装置的一种优选方案，各个脚踏板单面均分布有多个并联的压电陶瓷，以保证踏板前倾、后倾或平置均能触及压电陶瓷。

作为本发明的自行车脚踏板发电照明装置的一种优选方案，所述压电陶瓷为无铅压电陶瓷，包括钛酸钡基压电陶瓷、钛酸铋钠基压电陶瓷及铌酸钾钠基压电陶瓷的一种。

作为本发明的自行车脚踏板发电照明装置的一种优选方案，所述发电装置的发电原理为一只脚踏板受到用力踩踏时，另一只脚踏板处于松弛状态，如此交替循环形成了对压电陶瓷有频率的压缩，从而产生了频率两倍于脚踏板转动的电流脉冲。

作为本发明的自行车脚踏板发电照明装置的一种优选方案，所述脚踏板包括上层结构、中间层结构及下层结构，其中：

所述中间层的上表面均分布有多个上凹槽，下表面分布有多个下凹槽，各上凹槽及下凹槽的底部中心位置固定有压电陶瓷，且各上凹槽及下凹槽中内嵌有弹簧，所述弹簧的直径大于压电陶瓷的直径；

所述上层结构包括盖板，所述盖板下表面对应上凹槽的位置有设置有柱体；

所述下层结构包括盖板，所述盖板下表面对应下凹槽的位置有设置有柱体；

当受到踩踏力时，所述弹簧受压缩，各柱体接触压电陶瓷片并施加压力，产生电能，当踩踏力去除后，在弹簧的回复力下，各柱体与压电陶瓷片分离，完成一次压电效应。

作为本发明的自行车脚踏板发电照明装置的一种优选方案，所述照明电路包括：由四个二极管组成的桥式整流电路、滤波电容、开关、LED灯、充电电池以及二极管，其中：

所述桥式整流电路的第一端及第三端分别连接与压电陶瓷的上下两端，第二端及第四端分别连接于滤波电容的两端、述充电电池的两端以及LED灯的正极及负极、所述二极管连接于所述滤波电容与充电电池之间，以防止电流倒充，所述开关串联于所述LED灯，用于控制所述LED灯的开启与关闭。

作为本发明的自行车脚踏板发电照明装置的一种优选方案，关闭开关，则电路仅对充电电池进行充电；打开开关，骑行时压电陶瓷的电能可直接为LED灯供电，当没有踩踏力时，则由充电电池为LED灯供电，以保证整个骑行过程中有连续电源。

进一步地，所述充电电池为可拆装设置，取出后的充电电池可作为独立移动电源使用。

如上所述，本发明提供一种自行车脚踏板发电照明装置，所述自行车脚踏板发电照明装置包括发电装置及照明电路，所述发电装置装配在自行车脚踏板上，用于将脚踩脚踏板的部分动能，基于压电陶瓷的压电效应转换为电能，所述照明电路用于将所述电能直接用于照明或存储。本发明的器件全部内嵌在自行车的脚踏板和大梁中，对自行车的外观没有改变；而且本发明节能环保，可长期供电。

附图说明

图1显示为本发明的自行车脚踏板发电照明装置的发电装置中间层结构的示意图。

图2显示为本发明的自行车脚踏板发电照明装置的发电装置上层结构或下层结构的示意图。

图3显示为本发明的自行车脚踏板发电照明装置的照明电路的结构示意图。

图4显示为本发明的自行车脚踏板发电照明装置的在自行车上安装后的结构示意图。

元件标号说明

101                    中间层结构

102                    中间面

103                    凹槽

104                    压电陶瓷

105                    弹簧

106                    连接部

201                    盖板

202                    柱体

C1、C2                 滤波电容

BR1、BR2               桥式整流电路

D1、D2                 二极管

SW1                    开关

1                      脚踏板

2                      LED灯

3                      大梁

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1～图4所示，本实施例提供一种自行车脚踏板发电照明装置，所述自行车脚踏板发电照明装置包括发电装置及照明电路，所述发电装置装配在自行车脚踏板1上，用于将脚踩脚踏板1的部分动能，基于压电陶瓷104的压电效应转换为电能，所述照明电路用于将所述电能直接用于照明或存储。

如图1～图3所示，作为示例，所述发电装置包括无铅压电陶瓷104内嵌的脚踏板1，所述照明电路包括桥式整流电路BR1、电能存储器及照明部件。

作为示例，所述发电装置的压电陶瓷104内嵌两只脚踏板1的正反两面，由于每只脚踏板1上下两面都制作有发电装置，因此骑行人员可直接踏上踏板，无需考虑正反面，方便操作。

作为示例，各个脚踏板1单面均分布有多个并联的压电陶瓷104，以保证踏板前倾、后倾或平置均能触及压电陶瓷104。

作为示例，所述发电装置的发电原理为一只脚踏板1受到用力踩踏时，另一只脚踏板1处于松弛状态，如此交替循环形成了对压电陶瓷104有频率的压缩，从而产生了频率两倍于脚踏板1转动的电流脉冲。

作为示例，所述压电陶瓷104为无铅压电陶瓷，包括钛酸钡基压电陶瓷、钛酸铋钠基压电陶瓷及铌酸钾钠基压电陶瓷的一种，以符合环保和健康的要求。

如图1～图2所示，所述脚踏板1包括上层结构、中间层结构101及下层结构，其中：

所述中间层的上表面均分布有多个上凹槽103，下表面分布有多个下凹槽103，各上凹槽103及下凹槽103的底部中心位置固定有压电陶瓷104，且各上凹槽103及下凹槽103中内嵌有弹簧105，所述弹簧105的直径大于压电陶瓷104的直径；在本实施例中，通过四组凹槽103将压电陶瓷104片嵌入两只脚踏板1中，每只脚踏板1的每个脚踏面内嵌一组，一组陶瓷片为9个，并且，全部压电陶瓷104片并联后接入桥式整流电路BR1中。

具体地，如图1所示，脚踏板1和脚拐间具有连接部106，其为中空结构，内部引导线到自行车大梁3内。所述较踏板的中间层结构101分上下两层以中间面102为镜面呈对称结构，所述中间层结构101的厚度为18毫米。所述上凹槽103及下凹槽103为圆形凹槽，直径为10毫米，深度为9毫米，所述弹簧105为钢制弹簧105，嵌在圆形凹槽内部，直接与中间面102接触，弹簧105的内径8.5毫米，外径9.5毫米，自由状态高为14毫米，最大可压缩至7毫米。所述压电陶瓷104片设置于圆形凹槽的底部，陶瓷直径为7毫米，厚度为2毫米，上下面上均有银电极，上面9个压电陶瓷104和下面9个压电陶瓷104并联后接入照明电路，并且每个压电陶瓷104的并联电路内均有二极管D1防止电流倒流。

所述上层结构包括盖板201，所述盖板201下表面对应上凹槽103的位置有设置有柱体202。

所述下层结构包括盖板201，所述盖板201下表面对应下凹槽103的位置有设置有柱体202。

在本实施例中，所述上层结构与下层结构为对称结构，盖板201的厚度为2毫米，为钢制材料，在与上、下凹槽103对应位置处各焊有9个钢柱，钢柱的直径为8毫米，高度为8毫米，将9根钢柱插入对应的凹槽103内，且在弹簧105内部，左右两端通过卡口固定，保持盖板201和中间层结构101之间的间隙为2毫米。在无外力作用下弹簧105处于夹持状态其高度为11毫米，当受到脚的踩踏力后，弹簧105受压缩，钢柱接触压电陶瓷104片并施加压力，基于压电效应产生电能，此时盖板201和中间层结构101之间的间隙为1毫米，弹簧105被压缩至10毫米，当脚踏力去除后，弹簧105恢复至11毫米，钢柱与压电陶瓷104片分离，完成一次压电效应。由于每只脚踏板1上下两面成对称结构，因此骑行人员可直接踏上踏板，无需考虑正反面，方便操作。

本实施例的发电装置的原理为：当受到踩踏力时，所述弹簧105受压缩，各柱体202接触压电陶瓷104片并施加压力，产生电能，当踩踏力去除后，在弹簧105的回复力下，各柱体202与压电陶瓷104片分离，完成一次压电效应。

如图3所示，所述照明电路包括：由四个二极管组成的桥式整流电路BR1、滤波电容C1、开关SW1、LED灯、充电电池以及二极管D1，其中：

所述桥式整流电路BR1的第一端及第三端分别连接与压电陶瓷104的上下两端，第二端及第四端分别连接于滤波电容C1的两端、述充电电池的两端以及LED灯的正极及负极、所述二极管D1连接于所述滤波电容C1与充电电池之间，以防止电流倒充，所述开关SW1串联于所述LED灯，用于控制所述LED灯的开启与关闭。

本发明的照明电路的工作原理为：关闭开关SW1，则电路仅对充电电池进行充电；打开开关SW1，骑行时压电陶瓷104的电能可直接为LED灯供电，当没有踩踏力时，则由充电电池为LED灯供电，以保证整个骑行过程中有连续电源。

另外，在本实施例中，所述充电电池为可拆装设置，取出后的充电电池可作为独立移动电源使用。

如图4所示，在本实施例中，所述发电装置设计为脚踏板1，所述照明电路的桥式整流电路BR1、滤波电容C1、以及二极管D1安装在自行车大梁3内，以不影响自行车的外观，所述LED灯2安装在自行车的前端，发电装置的电流通过整流后的直流电接入LED灯2或为充电电池充电，所述充电电池安装在大梁3上方，并放置在塑料壳内，防水防尘，方便装取电池，所述开关SW1安装在自行车方向把上，以方便使用。

如上所述，本发明提供一种自行车脚踏板发电照明装置，所述自行车脚踏板发电照明装置包括发电装置及照明电路，所述发电装置装配在自行车脚踏板1上，用于将脚踩脚踏板1的部分动能，基于压电陶瓷104的压电效应转换为电能，所述照明电路用于将所述电能直接用于照明或存储。本发明的器件全部内嵌在自行车的脚踏板1和大梁3中，对自行车的外观没有改变；而且本发明节能环保，可长期供电。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种自行车脚踏板发电照明装置，其特征在于，所述自行车脚踏板发电照明装置包括发电装置及照明电路，所述发电装置装配在自行车脚踏板上，用于将脚踩脚踏板的部分动能，基于压电陶瓷的压电效应转换为电能，所述照明电路用于将所述电能直接用于照明或存储。

2.根据权利要求1所述的自行车脚踏板发电照明装置，其特征在于：所述发电装置包括无铅压电陶瓷内嵌的脚踏板，所述照明电路包括桥式整流电路、电能存储器及照明部件。

3.根据权利要求1所述的自行车脚踏板发电照明装置，其特征在于：所述发电装置的压电陶瓷内嵌两只脚踏板的正反两面。

4.根据权利要求1所述的自行车脚踏板发电照明装置，其特征在于：各个脚踏板单面均分布有多个并联的压电陶瓷，以保证踏板前倾、后倾或平置均能触及压电陶瓷。

5.根据权利要求1所述的自行车脚踏板发电照明装置，其特征在于：所述压电陶瓷为无铅压电陶瓷，包括钛酸钡基压电陶瓷、钛酸铋钠基压电陶瓷及铌酸钾钠基压电陶瓷的一种。

6.根据权利要求1所述的自行车脚踏板发电照明装置，其特征在于：所述发电装置的发电原理为一只脚踏板受到用力踩踏时，另一只脚踏板处于松弛状态，如此交替循环形成了对压电陶瓷有频率的压缩，从而产生了频率两倍于脚踏板转动的电流脉冲。

7.根据权利要求1所述的自行车脚踏板发电照明装置，其特征在于：所述脚踏板包括上层结构、中间层结构及下层结构，其中：

所述中间层的上表面均分布有多个上凹槽，下表面分布有多个下凹槽，各上凹槽及下凹槽的底部中心位置固定有压电陶瓷，且各上凹槽及下凹槽中内嵌有弹簧，所述弹簧的直径大于压电陶瓷的直径；

所述上层结构包括盖板，所述盖板下表面对应上凹槽的位置有设置有柱体；

所述下层结构包括盖板，所述盖板下表面对应下凹槽的位置有设置有柱体；

当受到踩踏力时，所述弹簧受压缩，各柱体接触压电陶瓷片并施加压力，产生电能，当踩踏力去除后，在弹簧的回复力下，各柱体与压电陶瓷片分离，完成一次压电效应。

8.根据权利要求1所述的自行车脚踏板发电照明装置，其特征在于：所述照明电路包括：由四个二极管组成的桥式整流电路、滤波电容、开关、LED灯、充电电池以及二极管，其中：

所述桥式整流电路的第一端及第三端分别连接与压电陶瓷的上下两端，第二端及第四端分别连接于滤波电容的两端、述充电电池的两端以及LED灯的正极及负极、所述二极管连接于所述滤波电容与充电电池之间，以防止电流倒充，所述开关串联于所述LED灯，用于控制所述LED灯的开启与关闭。

9.根据权利要求8所述的自行车脚踏板发电照明装置，其特征在于：关闭开关，则电路仅对充电电池进行充电；打开开关，骑行时压电陶瓷的电能可直接为LED灯供电，当没有踩踏力时，则由充电电池为LED灯供电，以保证整个骑行过程中有连续电源。

10.根据权利要求9所述的自行车脚踏板发电照明装置，其特征在于：所述充电电池为可拆装设置，取出后的充电电池可作为独立移动电源使用。