CN108755474B - 一种可发电升降式公路减速带 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可发电升降式公路减速带，该装置包括外部保护壳体部分和内部发电结构部分，外部保护壳体部分包括外壳主体、上盖板和圆弧形顶盖，内部发电结构部分包括十字连杆、移动滑块、弹簧、斜导轨滑轮、横向直导轨滑轮、短压电悬臂梁和长压电悬臂梁，在装置受到车辆的冲击压力的过程中十字连杆下降，通过移动滑块带动压电悬臂梁移动撞击凸块振动产生电能，在装置失去冲击压力而且受到弹簧回复力时十字连杆上升，通过移动滑块带动压电悬臂梁移动撞击凸块振动产生电能。本发明提供的压电能量采集装置应用于公路电子警示设备的供能中。

Description

一种可发电升降式公路减速带
技术领域
本发明涉及一种利用正压电压电效应采集电能并实现公路减速带自主发电的方法及装置，可有效地将公路上汽车行驶时加载在减速带上的冲击压力转换为电能，属于压电能量采集以及公路减速带设计领域。
背景技术
近些年来随着对于压电材料的研究的深入，振动能量的收集逐步成为热门，振动能量的收集具有环保廉价的优点，压电材料的正压电效应可将运动部件的振动能转化成电能，并可以实现公路减速带的自供能，是一种具有可行性的供能方法。
压电能量收集装置具有结构简单，发热量少，抗干扰强等优点，对机械振动能量的利用具有较好的效果，特别是在微能量的采集与利用。
市场上已存在的公路减速带普遍都是不具有自主发电的能力，且大多都是结构形式单一，可升降式结构能有效利用结构的空间，合理且紧凑的将车辆施加的冲击压力转换为压电能量，在实际中的应用具有较大优势。
发明内容
本发明将收集车辆施加到公路减速带上的冲击压力所产生的能量并利用正压电效应进行发电，将电能存储到储能结构中，以解决公路电子警示设备的供能问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种利用压电能量采集原理的可发电升降式公路减速带，包括外部保护壳体以及内部发电结构两个部分；所述外部保护壳体包括外壳主体、上盖板以及圆弧顶盖，所述外壳主体通过边缘预留的螺钉孔固定在公路地面上，所述上盖板与外壳主体的上端通过螺钉固定嵌合，所述圆弧形顶盖的平面与所述上端盖的上表面接触，且到达下压的极限位置时与所述外壳主体的上端部两侧接触并由所述外壳主体支撑；所述内部发电结构包括十字连杆、弹簧、斜导轨滑轮、移动滑块、横向直导轨滑轮、压电悬臂梁夹具、短压电悬臂梁以及长压电悬臂梁，所述十字连杆与上端盖预留的圆形通孔同轴配合，所述十字连杆的上端与所述圆弧形端盖的下平面焊接，所述弹簧套接在所述十字连杆的下端部且与所述十字连杆的竖轴同轴配合，所述斜导轨滑轮连接在所述十字连杆横轴两端，所述斜导轨滑轮与所述移动滑块的斜导轨配合且沿斜导轨滑动，所述横向直导轨滑轮通过销钉安装在所述移动滑块的上下两端且对称分布，所述压电悬臂梁夹具通过螺钉安装在所述移动滑块的外侧，所述短压电悬臂梁和所述长压电悬臂梁分别安装在压电悬臂梁夹具的上部和下部；所述可发电升降式公路减速带包括第一状态和第二状态；所述第一状态时，所述十字连杆位于上升的极限位置；所述第二状态时，所述十字连杆位于下降的极限位置；
所述可发电升降式公路减速带从第一状态切换到第二状态的过程中，所述圆弧形顶盖受到冲击压力的作用下降并带动所述十字连杆下降，所述弹簧受到外力挤压并缩短，所述斜导轨滑轮在所述移动滑块的斜导轨内向Z轴的负方向移动，同时所述移动滑块向X轴的正方向移动，安装在所述移动滑块外侧两端所述短压电悬臂梁和所述长压电悬臂梁向X轴的正方向移动并撞击在所述外壳主体的凸块上振动产生电能；
所述可发电升降式公路减速带从第二状态切换到第一状态的过程中，所述处于下降极限位置的圆弧形顶盖受到所述弹簧回复力的作用上升并带动所述十字连杆上升，所述弹簧伸长，所述斜导轨滑轮在所述移动滑块的斜导轨内向Z轴的正方向移动，同时所述移动滑块向X轴的负方向移动，安装在所述移动滑块外侧两端所述短压电悬臂梁和所述长压电悬臂梁向X轴的负方向移动并撞击在所述外壳主体的凸块上振动产生电能；
所述十字连杆的横轴与竖轴相互垂直，所述十字连杆的横轴轴线与Y轴平行所述十字连杆的竖轴轴线与Z轴平行且垂直于X轴与Y轴构成的平面；
所述短压电悬臂梁比所述长压电悬臂梁短，所述短压电悬臂梁位于所述长压电悬臂梁的正上方，二者平行且同在一个平面，二者均与Y轴平行；
所述移动滑块的斜导轨设定为45度，所述的斜导轨滑轮可在斜导轨内自由移动；
所述横向直导轨滑轮通过销钉对称安装在所述移动滑块的上下两端，所述横向直导轨滑轮在所述上盖板和所述外壳主体的横向直线导槽内自由移动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)引入斜导轨滑块的移动，将垂直方向的直线运动转换为水平方向的直线运动，最大化的利用结构的有效空间。
(2)利用压电悬臂梁的直线移动与凸块的碰撞产生振动，使得采集的电能量更加充足。
(3)将弹簧应用到结构回弹结构中，使得减速带成功实现可升降的功能。
(4)成功实现上升和下降两个行程中的振动能量的收集，相比较于传统结构只能收集单一行程的能量具有较大的优势。
(5)将传统的公路减速带引入发电结构，实现减速带的自供能。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明整体结构受压模式示意图；
图3是本发明整体结构爆炸图；
图4是本发明整体结构爆炸图的前视图；
图5是本发明中十字连杆构件示意图；
图6是本发明中状态切换示意图；
图7是本发明压电悬臂梁位置切换示意图；
图8是本发明的发电结构第一状态图
图9是本发明的发电结构第二状态图
1-圆弧形顶盖 2-上盖板 3-十字连杆 4-短压电悬臂梁
5-弹簧 6-移动滑块 7-长压电悬臂梁 8-横向直导轨滑轮
9-外壳主体 10-斜导轨滑轮 11-压电悬臂梁夹具
具体实施方式
下面结合具体实施方案对本发明作进一步详细地描述。
如图1至图9所示，一种可发电升降式公路减速带。
图1为整体装配示意图，包括外部保护壳体和内部发电结构。
如图1和图2所示，图1为整体结构的第一状态，图2为整体结构的第二状态，当不受车辆的冲击压力作用时，整体结构处于第一状态，当受到车辆的冲击压力作用时，整体结构处于第二状态。第一状态时，圆弧形顶盖1处于上升的极限位置，圆弧形顶盖1与上盖板2平行但不接触，弹簧5不受挤压，第二状态时，圆弧形顶盖1处于下降的极限位置，圆弧形顶盖1与上盖板2平行且接触，弹簧5受挤压而缩短。
如图3和图4所示，图3和图4均为整体结构所有部件的爆炸图。
如图5和图6所示，十字连杆3的横杆两端均装配斜导轨滑轮10，斜导轨滑轮10与移动滑块6通过斜导轨配合，十字连杆3受到压力下降过程中，十字连杆3沿着Z轴的负方向移动，斜导轨滑轮10在斜导轨内移动，此时移动滑块6沿着X轴的正方向移动，十字连杆3不受压力且受到弹簧5的回复力而上升的过程中，十字连杆3沿着Z轴的正方向移动，斜导轨滑轮10在沿着与第一状态相反的方向在斜导轨内移动，此时移动滑块6沿着X轴的负方向移动。
如图7所示，左侧为第一状态时的悬臂梁位置图，右侧为第二状态时悬臂梁的位置图，在外壳主体的内部设有凸起状的块体，在从第一状态切换到第二状态的过程或者从第二状态切换到第一状态的过程中，短压电悬臂梁4和长压电悬臂梁7均会同时与凸起块体碰撞，从而产生振动，振动的短压电悬臂梁4和长压电悬臂梁7均产生电能，通过给压电悬臂梁外接导线式电能导入到储能结构中实现能量的采集。
如图8和图9所示，两图均为发电结构的装配示意图，图8为发电结构处于第一状态，图9为发电结构处于第二状态，十字连杆3的横轴两端均安装斜导轨滑轮10，在移动滑块的上下两端用销钉对称安装横向直导轨滑轮8，斜导轨滑轮10在斜导轨内移动时带动移动滑块6沿着X轴移动，横向直导轨滑轮8在直导轨内移动，在移动滑块6移动的过程中短压电悬臂梁4和长压电悬臂梁7也随之移动。
尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护范畴。

Claims (7)

1.一种可发电升降式公路减速带，其特征在于：该装置包括外部保护壳体和内部发电结构两个部分，所述外部保护壳体包括外壳主体(9)、上盖板(2)以及圆弧形顶盖(1)；所述外壳主体(9)通过边缘预留的螺钉孔固定在公路地面上，所述上盖板(2)与外壳主体(9)的上端通过螺钉固定嵌合，所述圆弧形顶盖(1)的平面与所述上盖板(2)的上表面接触，且到达下压的极限位置时与所述外壳主体(9)的上端部两侧接触并由所述外壳主体(9)支撑；所述内部发电结构包括十字连杆(3)、弹簧(5)、斜导轨滑轮(10)、移动滑块(6)、横向直导轨滑轮(8)、压电悬臂梁夹具(11)、短压电悬臂梁(4)以及长压电悬臂梁(7)，所述十字连杆(3)与上盖板预留的圆形通孔同轴配合，所述十字连杆(3)的上端与所述圆弧形顶盖的下平面焊接，所述弹簧(5)套接在所述十字连杆(3)的下端部且与所述十字连杆(3)的竖轴同轴配合，所述斜导轨滑轮(10)连接在所述十字连杆(3)横轴两端，所述斜导轨滑轮(10)与所述移动滑块(6)的斜导轨配合且沿斜导轨滑动，所述横向直导轨滑轮(8)通过销钉安装在所述移动滑块(6)的上下两端且对称分布，所述压电悬臂梁夹具(11)通过螺钉安装在所述移动滑块(6)的外侧，所述短压电悬臂梁(4)和所述长压电悬臂梁(7)分别安装在压电悬臂梁夹具(11)的上部和下部；
所述可发电升降式公路减速带包括第一状态和第二状态；所述第一状态时，所述十字连杆(3)位于上升的极限位置；所述第二状态时，所述十字连杆(3)位于下降的极限位置；所述的可发电升降式公路减速带从第一状态切换到第二状态的过程中，所述圆弧形顶盖(1)受到冲击压力的作用下降并带动所述十字连杆(3)下降，所述弹簧(5)受到外力挤压并缩短，所述斜导轨滑轮(10)在所述移动滑块(6)的斜导轨内向Z轴的负方向移动，同时所述移动滑块(6)向X轴的正方向移动，安装在所述移动滑块(6)外侧两端所述短压电悬臂梁(4)和所述长压电悬臂梁(7)向X轴的正方向移动并撞击在所述外壳主体(9)的凸块上振动产生电能；
所述可发电升降式公路减速带从第二状态切换到第一状态的过程中，所述处于下降极限位置的圆弧形顶盖(1)受到所述弹簧(5)回复力的作用上升并带动所述十字连杆(3)上升，所述弹簧(5)伸长，所述斜导轨滑轮(10)在所述移动滑块(6)的斜导轨内向Z轴的正方向移动，同时所述移动滑块(6)向X轴的负方向移动，安装在所述移动滑块(6)外侧两端所述短压电悬臂梁(4)和所述长压电悬臂梁(7)向X轴的负方向移动并与所述外壳主体(9)的凸块撞击并振动产生电能。
2.根据权利要求1所述的可发电升降式公路减速带，所述十字连杆(3)的横轴与竖轴相互垂直，所述十字连杆(3)的横轴轴线与Y轴平行，所述十字连杆(3)的竖轴轴线与Z轴平行且垂直于X轴与Y轴构成的平面。
3.根据权利要求1所述的可发电升降式公路减速带，其特征在于：所述短压电悬臂梁(4)比所述长压电悬臂梁(7)短，所述短压电悬臂梁(4)位于所述长压电悬臂梁(7)的正上方，二者的轴线均与Y轴平行且同在一个平面内。
4.根据权利要求1所述的可发电升降式公路减速带，其特征在于：所述移动滑块(6)的斜导轨的倾斜角设定为与X轴成45度，所述的斜导轨滑轮(10)能在斜导轨内自由移动。
5.根据权利要求1所述的可发电升降式公路减速带，其特征在于：所述横向直导轨滑轮(8)通过销钉对称安装在所述移动滑块(6)的上下两端，所述横向直导轨滑轮(8)在所述上盖板(2)和所述外壳主体(9)的与X轴平行的直线导槽内自由移动。
6.根据权利要求1所述的可发电升降式公路减速带，其特征在于：所述短压电悬臂梁(4)和长压电悬臂梁(7)选用PVDF压电薄膜材料，且通过外接导线与储能结构相通将电能导出。
7.根据权利要求1所述的可发电升降式公路减速带，其特征在于：所述内部发电结构在X轴方向上均匀直线阵列安装，整个装置中共计5个内部发电结构， 5个内部发电结构同步运动且独立发电。
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