CN106487275B - 一种利用公共交通工具内人群荷载的发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用公共交通工具内人群荷载的发电装置，包括布设在公共交通工具底板内的压电俘能装置，所述压电俘能装置包括压电结构单元，所述压电结构单元包括拱形钢板，所述拱形钢板的底部设有多个压电片，所述压电俘能装置的两端设有伸缩缝，所述压电俘能装置经过导线连接至电源控制装置从而输出电能。利用本发明的装置，既可以减轻对公共交通工具的损害，延长寿命，又可以获得自发的电能供给，减小能源的浪费，获得巨大的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及公共交通工具发电装置。
背景技术
随着我国经济的发展和人们生活水平的快速提高，我国的交通拥堵现象日益严重。公共交通被认为是效率最高的交通方式之一，发展公共交通是解决城市交通拥堵问题的最有效的措施之一。除此之外，本着公共交通工具相比于私家车污染小、经济的优点，越来越多的人选择乘坐公共交通工具出行。公共交通在我国乃至全世界起着至关重要的作用。
以公交车为例，据统计，我国的公交车每天承受约三分之一的人群出行的重任。公交车内乘客数量众多，尤其是在早晚高峰时期最为明显。人群在公交车内走动的时候会对公交车底部产生荷载，公交车底部随之发生变形从而产生机械能。这些变形最终会引起公交车的损害，缩短公交车的寿命。尽管单次人群荷载作用的能量对公交车的损害一般来说微乎其微，但是考虑到国内庞大的交通流量，后果非常严重。据统计，公交车一般在8年左右就报废了，公交车上的巨大的交通流量所产生的能量除了增加对公共交通工具的损耗之外，没有能够得到有效的利用和转化，实际上是一种巨大的能源浪费。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用公共交通工具内人群荷载的发电装置，能够利用人群对公共交通工具造成的应力载荷进行发电。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种利用公共交通工具内人群荷载的发电装置，所述发电装置包括布设在公共交通工具底板内的压电俘能装置，所述压电俘能装置包括压电结构单元，所述压电结构单元包括拱形钢板，所述拱形钢板的底部设有多个压电片，所述压电俘能装置的两端设有伸缩缝，所述压电俘能装置经过导线连接至电源控制装置从而输出电能。
在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：
所述压电俘能装置架设在公共交通工具地板的钢框架上，且位于公共交通工具走廊通道的底板区域内。
所述压电俘能装置包括一个或者多个压电结构单元，所述压电结构单元可拆卸地排列在压电俘能装置内，从而可以适应不同类型的交通工具。所述压电俘能装置可以根据公共交通工具的所需铺设面积，由一个或者多个压电结构单元组成，从而可以适应不同类型的交通工具。所述压电俘能装置拆卸方便，便于检修，若发现有局部损坏，只需更换所对应的结构单元即可。
所述拱形钢板的拱起方向垂直于行车方向，拱起的高度为10cm左右。
所述压电片呈阵列式分布在在拱形钢板下表面，压电片周围包裹有环氧树脂。
相邻的所述拱形钢板之间通过轴承连接，轴承两侧各自嵌套钢轮，钢轮架设在滑轨上，所述滑轨安装在压电俘能装置的两侧，其长度与压电俘能装置一致。
所述伸缩缝包括设置在两端的架杆，所述两端的架杆之间设有可弯曲的柔性填充体，所述柔性填充体的两端紧密粘结在所述两端的架杆的表面上。
所述伸缩缝的长度与压电俘能装置的宽度一致，所述伸缩缝的宽度为10cm。
所述电源控制装置包括压电检测装置、稳压整流装置、电能存储设备和变压输出装置，所述变压输出装置连接用电设备。
所述用电设备包括公共交通工具内的全部用电设备。
本发明的有益效果是：本发明根据公共交通工具的特性，在其底部设置了采集人群载荷的压电俘能装置，利用压电材料自身的压电效应将人群载荷产生的机械能转化为电能，并进行收集和利用，为交通工具的内部照明、刷卡设备、站点播报、监控设备甚至电源动力等提供绿色能源，将原先完全处于浪费状态的这部分损耗性能量转化为可循环持续使用的能源，变废为宝。利用本发明的装置，既可以减轻对公共交通工具的损害，延长寿命，又可以获得自发的电能供给，减小能源的浪费，获得巨大的经济效益。
附图说明
图1为本发明的公交车内部的俯视示意图。
图2为本发明的压电俘能装置的立体结构示意图。
图3为本发明的压电俘能装置的从仰视角度的立体结构图。
图4为本发明的压电俘能装置的底面图。
图5为本发明的压电俘能装置的局部图，示出了钢轮和滑轨的布置。
图6为本发明的压电俘能装置的另一个角度的局部图，示出了伸缩缝的结构。
图7为本发明的压电俘能装置的压电片的排列示意图。
图8为本发明的压电俘能装置的电源控制装置的示意图。
具体实施方式
参照附图。
本发明的利用公共交通工具内人群荷载的发电装置包括至少一个布设在公共交通工具底板内的压电俘能装置1，压电俘能装置1架设在公共交通工具底板的钢框架上，且位于公共交通工具走廊通道的底板区域内。公共交通工具的底板直接与公共交通工具内的人群荷载相接触，承受人群荷载的竖向力、水平力的作用，其走廊通道是受到人群荷载影响最大的部分，将压电俘能装置1布设在该部分区域的底板内，能够最大程度地利用人群载荷进行发电。
压电俘能装置1包括一个或多个压电结构单元，压电结构单元可拆卸地排列在压电俘能装置内，压电俘能装置可以根据公共交通工具的需要铺设面积，以适应不同类型的交通工具，在本实施例中，压电俘能装置在沿行车方向上设置六个压电结构单元，在垂直于行车方向上设置两列压电结构单元，为了安装的方便，单个压电结构单元的尺寸约为100cm×100cm，压电俘能装置1的总尺寸约为600cm×200cm×20cm，压电结构单元可拆卸地整齐排列在压电俘能装置中，这样，压电俘能装置拆卸方便，便于检修，若发现有局部损坏，只需更换所对应的压电结构单元即可。
压电结构单元包括拱形钢板4，为了将变形放大，将钢板做成拱形，拱起方向垂直于行车方向，使拱形钢板4能够最大程度地受力，考虑到乘客舒适度以及变形不能太大的因素，将拱形钢板4的拱起高度定为10cm。
拱形钢板4的底部设有多个压电片7，压电片7呈阵列式排列粘贴在拱形钢板4的下表面，阵列式的压电片7通过绝缘导线串联。考虑到拱形钢板4的弧度因素，压电片7的尺寸不宜太大，太大则会影响粘结效果，同时也会减小压电片7的发电效率。将压电片7的尺寸定为18cm×10cm，其中压电片7的短边沿着拱轴线方向，长边垂直于拱轴线方向，这样不仅可以保护压电片7不受破坏，而且可以最大程度地利用人群荷载将机械能转化成为电能。在压电片7周围用环氧树脂将其包裹，环氧树脂不仅可以起到粘结钢板的作用，还可以达到防护、防水、绝缘等效果。当人群踩在压电俘能装置上面即人群荷载作用在压电俘能装置上时，拱形钢板4会发生变形，贴在拱形钢板下侧的压电片7便可以将变形的能量收集起来，转化成为电流，产生电能。
至于拱形钢板4的连接条件，在拱形钢板4两端的连接部位设置铰支，在相邻的拱形钢板4之间采用直径为2cm的轴承连接，轴承两端各自嵌套一个钢轮5，钢轮5的直径为5cm，这样就可以使得多个压电结构单元可以连成一个整体，共同组成一个压电俘能装置1。多个压电结构单元能够在压电俘能装置中联动，当一个压电结构单元承受压力时，通过轴承连接，可以带动相邻的压电结构单元振动甚至形变，从而在整个压电俘能装置中进行受力振动和形变的传递，由于联动的振动和形变始终处于传递之中，因此这种结构又能够避免压电俘能装置中的各个压电结构单元产生共振，防止变形和振动过量损害本发明的装置本身甚至危及交通安全。当人群荷载施加在压电俘能装置1上面时，拱形钢板4会发生变形，从而导致钢轮5发生滑动，为了避免钢轮5偏离预先的轨迹线滑动或者滑移过多等情况，在钢轮5周围设置一个用于钢轮5滑轨6，滑轨6的长度与压电俘能装置1长度相同，滑轨6的高度设为10cm。因此，整个压电俘能装置1的总高度为20cm，确保不影响任何现有公共交通工具的底部空间。
为了避免整个压电俘能装置1发生滑动产生冲击力，影响乘客的舒适度，在压电俘能装置1的两端（所有压电结构单元最外侧的两端）分别设置一个伸缩缝2，伸缩缝2的长度与压电俘能装置1的宽度一致，伸缩缝2的宽度为10cm，以为压电俘能装置1提供足够的形变滑动空间为限，伸缩缝2还能够起到防止滑动和形变过量的作用。伸缩缝2包括设置在两端为钢制的截面为矩形的架杆，架杆之间设置由弯曲堆叠的柔性橡胶填充体，柔性橡胶填充体展开后是一张柔性橡胶膜，其两端紧密粘结在架杆表面上，形成伸缩缝2时，柔性橡胶填充体被弯曲并且堆叠形成具有延展性和伸缩性的伸缩缝填充物。将架杆设置为矩形可以便于粘结柔性橡胶膜，并且便于尺寸规范化。这样可以减小由于压电俘能装置1的滑动引起的冲击力，增加乘客舒适度。
压电俘能装置1经过导线连接到电源控制装置，电源控制装置可以采用电源控制箱3，具体地说，压电俘能装置1中负责产生电流的压电片7由导线引出，连接至电源控制箱3，其产生的电流通过导线汇集到电源控制箱3，电源控制箱3与用电设备12连接，并向用电设备12供电，从而达到利用公共交通工具内部人群荷载发电的效果。用电设备可以是公共交通工具上的照明灯、刷卡设备、语音站点播报、电台广播、监控系统等等，这样可以做到可持续发展，生态环保、经济节约。
电源控制箱3包括压电检测装置8、稳压整流装置9、电能存储设备10以及变压输出装置11，其中变压输出装置11与用电设备12连接，压电检测装置8可以采用通常的通电检测设备，主要用于检测压电俘能装置1的发电情况，例如是否有电流输出以及电流流量的大小，从而明确本发明的发电装置是否正常工作；稳压整流装置9可以采用通常的稳压整流电路，对压电俘能装置1产生的电能进行稳压整流，电能存储设备10可以采用一定容量的蓄电装置，例如白天不需要照明用电的情况下，可以将多余的电能存储起来，已备发电量不足时使用，变压输出装置11可以采用通常的变压器，用于与用电设备12的额定电压匹配。
Claims (1)
1.一种利用公共交通工具内人群荷载的发电装置，其特征在于:所述发电装置包括布设在公共交通工具底板内的压电俘能装置，所述压电俘能装置包括压电结构单元，所述压电结构单元包括拱形钢板，所述拱形钢板的底部设有多个压电片，所述压电俘能装置的两端设有伸缩缝，所述压电俘能装置经过导线连接至电源控制装置从而输出电能；压电俘能装置架设在公共交通工具底板的钢框架上，且位于公共交通工具走廊通道的底 板区域内；压电俘能装置包括一个或者多个压电结构单元，所述压电结构单元可拆卸地排列在压电俘能装置内；拱形钢板的拱起方向垂直于行车方向，拱起的高度为10cm；压电片呈阵列式分布在拱形钢板下表面，所述压电片周围包裹有环氧树脂；相邻的所述拱形钢板之间通过轴承连接，轴承两侧各自嵌套钢轮，钢轮架设在滑轨上，所述滑轨安装在压电俘能装置的两侧，其长度与压电俘能装置一致；伸缩缝包括设置在两端的架杆，所述两端的架杆之间设有可弯曲的柔性填充体，所述柔性填充体的两端紧密粘结在所述两端的架杆的表面上；伸缩缝的长度与压电俘能装置的宽度一致，所述伸缩缝的宽度为10cm；电源控制装置包括压电检测装置、稳压整流装置、电能存储设备和变压输出装置，所述变压输出装置连接用电设备；用电设备包括公共交通工具内的全部用电设备。
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