CN108914799A - 一种基于压电效应的道路发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于压电效应的道路发电系统，所述道路发电系统具有减速带、压杆发电系统。压杆发电系统具有压杆、压板和压电发电板。减速带具有第一空腔和第二空腔。压杆的第一部分位于第一空腔内，压杆的第二部分自第一部分延伸出第二空腔并高于减速带主体，压杆第一部分的尺寸要大于第二部分并且第一部分与第一空腔的竖直壁相对的侧面上设置有辊子。车辆行驶中压迫压杆，压杆带动压板挤压压电发电板发电。通过上述结构，能够充分利用车辆通过时的能量，提高发电效率，降低减速带主体损坏的几率。

Description

一种基于压电效应的道路发电系统

技术领域

本发明涉及一种发电系统，尤其涉及一种采用压电效应的减速带式道路发电系统。

背景技术

常用的发电系统，通常是线圈切割磁力线，需要给线圈施以动力，才能将机械能转变为电能，这一发电系统应用场合有限制。随着压电材料应用的越来越广，国内外出现了将压电材料用于发电的场合，例如在实用新型专利(CN206211878U)中，将压电材料应用于减速带，在汽车经过减速带时，将汽车对减速带的压力转变为压电振子的振动，从而收集能量。发明专利申请(CN106100441A)也采用了类似的原理，在汽车行驶到减速带上时，施加压力到贴有压电材料的悬梁臂上，通过悬梁臂的变形使得压电材料变形发电，但是这种结构的减速带需要冲击杆架3是容易变形的，这样减速带不能有效起到其本来减速的目的，并且由于振动过程中振幅有正负，效率较低，需要更复杂的处理电路。在发明专利申请(CN104638976A)中，汽车车轮压减速带的圆弧顶座，圆弧顶座会带动传动机构挤压压电材料而发电。这种结构的减速带，由于受力原因，在减速带主体2A容纳圆弧顶座的边缘处破损，导致系统损坏。

发明内容

本发明的目的是为了提出一种道路发电系统，解决上述现有技术中存在的如发电效率低、减速带主体边缘易破损的技术问题。

本发明采用的技术方案是在压杆主体的第一部分上设置辊子，压杆的第一部分容纳于减速带主体的空腔内。

压杆的第二部分自第一部分延伸出减速带的空腔，并暴露于减速带主体外。压杆的第二部分高于减速带主体。

优选地辊子或者容纳辊子的减速带主体的与辊子对应的壁为弹性材料制成。

压杆的第一部分下端连接有一压板，在压杆的作用下，压板会给压电材料施加压力。

优选地，压杆的第一部分与压板采用例如球接头形式的铰接方式相连。压板的至少局部未与压电材料重合，弹簧的自由端抵接压板下端，另一端抵接容纳压电材料的容纳部的底面。

或者，压电材料的底面与容纳部的表面之间设置多个弹簧。

本发明能在增加能量转化效率的同时，保证减速带的不容易破损。

附图说明

图1是车辆在行驶过程中主动轮和从动轮所受地面力示意图；为方便示意，主/从动轮与地面间隔显示(实际是主从动轮承载在地面上)；

图2为传统的减速带示意图；

图3为本发明减速带的侧视图；

附图标记说明：1.压杆；11.弹性体；12.突出部；13.第二部分；14.第一部分；15.第二倾斜壁；16.辊子；17.球接头；18压板；19弹簧；2.减速带；2A.减速带主体；2B翼部2B；21.第二竖直壁；22第一竖直壁；23.第一倾斜壁；3.压电发电板；41.第一空腔；42.第二空腔；43.压电发电板容纳部。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，汽车行驶过程中，车轮与路面之间的存在摩擦力，主动轮和从动轮上的驱动力的方向不同。发动机驱动主动轮转动的力为车辆的内力，主动轮为主动转动，其具有相对于地面向后的运动趋势，根据摩擦原理可知主动轮受到的摩擦力是向前的，即主动轮受到的地面的摩擦力F1向前，即向着车辆行驶的方向，该摩擦力是驱动车辆行驶的外力。对应的主动轮施加到地面的作用力F1’向后。而从动轮是被动轮，其相对于地面具有向前的运动趋势，因此其受到的地面的摩擦力F2是向后，该摩擦力F2对从动轮产生一个使其转动的力偶从而从动轮与主动轮保持行驶方向相同。相应的，从动轮施加到地面的反作用力F2’向前。可见，在车辆行驶过减速带时，减速带除了承受车辆的压力外，还会承受车轮施加的大致水平的摩擦力F1’/F2’。实际行驶过程中，车轮的驱动状态不同，主动轮所受摩擦力的方向会有所不同。

图2为现有技术中的减速带局部示意图。假定主动轮为前轮，从动轮为后轮。当主从动轮行驶到减速带上时，由于车轮施加的大致水平向后的摩擦力F1’的作用，顶座会向后挤压减速带主体2A的后上部薄弱部分；当从动轮驶过时，由于车轮施加的大致水平向前的摩擦力F2’的作用，顶座会向前挤压减速带主体的上部薄弱部分使得该薄弱部分承受较大的循环应力。这种力的循环容易引起减速带的疲劳损伤。

参考图3，本发明的减速带式道路发电系统具有一减速带2、压杆发电系统。减速带2具有沿长度方向延伸的减速带主体2A以及从主体两侧分别延伸的翼部，优选的减速带主体2A与翼部之间的连接部分平滑过渡或者并无明显的区域划分。该长度方向通常垂直于车道方向，该减速带主体2A以提供车辆驶过时的颠簸感，其应当具有合适的高度；翼部上具有若干个均匀分布的孔，将减速带2固定到路面上。

压杆1发电系统具有一压杆1、压板18和压电发电板3。压杆1的底端连接有一压板18，压板18位于压电发电板3上方，在自由状态下，压板18位于压电发电板3上方，压板18可以与压电发电板3保持接触，也可以与压电发电板3保持一微小间隙。压板18与压电发电板3接触时优选的二者之间没有压力。压杆1的底端可以与压板18铰接，优选的，压杆1与压板18采用球接头17可枢转的铰接在一起，如此，在压杆1上方受摩擦力而发生水平摆动时，压杆1与压板18之间的球接触能适配压杆1底端的位移而仍然保持面接触，这样在压杆1受车辆重力作用时，压杆1仍能均匀的将压力施加到压板18上，从而挤压压电发电板3。

减速带主体2A内具有空腔，所述空腔具有第一空腔41和第二空腔42。第一空腔41位于远离减速带主体2A上端部的一侧，并贯穿减速带主体2A位于地面的下端。第二空腔42位于第一空腔41上方且贯穿减速带主体2A上端部并且将第一空腔41通过第二空腔42与外界连通。第一空腔41的尺寸至少在减速带主体2A宽度方向(即车辆行驶方向或车道延伸方向)要大于第二空腔42。减速带主体2A内部的第二竖直壁21限定了第二空腔42，减速带主体2A内部的第一竖直壁22和连接第一竖直壁22、第二竖直壁21的第一倾斜壁23限定了第一空腔41。

压杆1具有第一部分和第一部分1413。第一部分的尺寸至少在减速带主体2A宽度方向(即车辆行驶方向或车道延伸方向)或全部要大于第一部分1413的尺寸。第一部分自第一部分1413向外向下倾斜延伸形成一第二倾斜壁15，第二倾斜壁15与第一倾斜壁23有大致相同的斜率。在第一部分的竖直部分设置有凹槽，凹槽内设置有辊子16，辊子16的轴线平行于减速带主体2A方向，辊子16的最外侧要突出第一部分的表面。第一部分的前后方向均设置有辊子16。也可以不设置凹槽，而从第一部分的竖直部分突出一安装部，安装辊子16通过设置第一倾斜壁23、第二倾斜壁15能够使得在车辆重力作用下，第二倾斜壁15能支承第一倾斜壁23，减少第一倾斜壁23的变形。所述辊子16以及与辊子16相对应的第一竖直壁22之一采用包含有弹性材料。

在自由状态下，压杆1的第二部分13自第一部分14延伸贯穿第二空腔42，压杆1高于减速带主体2A的上表面。第一部分13具有一突出部12，所述突出部12自第一部分13的本体向外延伸，使得至少在局部要超过第一部分13的尺寸，并且超过第二空腔42的开口的在上述延伸的方向上的尺寸。所述突出部12的下表面略高于减速带主体2A的上表面。突出部12能限定压杆1的行程，避免压杆1行程过大损伤压电发电板3。压杆1可在车辆重力作用下在空腔内伸缩。压杆1的第二部分13在第二空腔42内伸缩的部分的尺寸小于第二空腔42的尺寸。优选地，在第二空腔42的第二竖直壁21与压杆1第二部分13的外壁之间设置弹性体11，例如弹性橡胶、弹簧等，以弹性吸收摩擦力作用在突出部12时产生的偏移。由于压杆1在第二空腔42内伸缩，如果采用可压缩和伸长的弹簧，弹簧的一端可通过套筒或套环套在压杆1上，也可以直接固定到压杆上，此时弹簧也可以作为复位弹簧。

压杆的第一部分14通过球接头17与压板18可枢转的连接。压板18的尺寸要大于或者至少在局部大于压电发电板3的尺寸。压板18具有在压杆1压缩状态下与压电发电板3重合的部分和不重合部分。所述不重合的部分具有弹簧座，弹簧座可以是在压板18上凹陷的槽，也可以是从压板18上突出的形成凹槽的圆环型凸环。所述减速带式道路发电系统还具有一压电发电板容纳部43。压电发电板3位于容纳部43与压板18之间。弹簧19位于压电发电板3的两侧或四周，两端抵接压板18跟容纳部43。容纳部43可以是在地面向下去除部分材料形成，也可以是在减速带主体2A部内形成。

优选地，还具有金属支撑架，所述支撑架沿所述第一空腔41的第一竖直壁22、第一倾斜壁23设置有竖直支撑板和倾斜支撑板，并且具有一竖直支杆，设置在压杆1左右两侧并支承在倾斜支撑板与所述容纳部43底面之间。

通过采用上述结构，在车轮行驶到减速带时，在车轮施加的摩擦力和重力作用下，压杆1会向下移动，并有向前/后摆动的趋势。通过设置的弹性体11以及辊子16，可以弹性的抵消这种偏移，并且压杆1与压板18的球接头17的连接方式也能适配这种偏移，消减作用到减速带主体的力。

以上具体实施方式只是对本发明内容的示意性说明，不代表本发明内容的限制。本领域技术人员可以想到的是本发明中具体结构可以有其它的变化形式。

Claims (9)

1.一种基于压电效应的道路发电系统，其具有减速带、压杆发电系统；所述减速带具有沿长度方向延伸的减速带主体以及从主体两侧分别延伸的翼部，所述翼部用于将减速带固定到道路上；所述压杆发电系统包括自上而下依次设置的压杆、压板和压电发电板；其特征在于：所述减速带主体具有第一空腔和第二空腔；第一空腔位于远离减速带主体上端部的一侧，并贯穿减速带主体位于地面的下端；第二空腔位于第一空腔上方且贯穿减速带主体上端部并且将第一空腔与外界连通；减速带主体内部的第二竖直壁限定了第二空腔，减速带主体内部的第一竖直壁和连接第一竖直壁、第二竖直壁的第一倾斜壁限定了第一空腔；压杆具有第一部分和第二部分；第一部分的尺寸至少在减速带主体宽度方向大于第二部分的尺寸；第一部分自第二部向外向下倾斜延伸形成有一第二倾斜壁，第二倾斜壁与第一倾斜壁相对；第一部分容纳在第一空腔，第二部分在自由状态下自第一部分延伸贯穿第二空腔；在第一部分在第二倾斜壁下方的侧壁上设置有辊子。

2.根据权利要求1所述的道路发电系统，其特征在于：压杆与压板采用铰接的方式，优选地采用可枢转的球接头的连接方式。

3.根据权利要求1或2所述的道路发电系统，其特征在于：第二空腔的尺寸大于压杆部分在所述空腔内伸缩部分的尺寸。

4.根据权利要求3之一所述的道路发电系统，其特征在于：在第二空腔的第二竖直壁与压杆第二部分的外壁之间设置弹性体。

5.根据权利要求1-4之一所述的道路发电系统，其特征在于：所述道路发电系统还包括压电发电板容纳部，压电发电板容纳部位于第一空腔下方；压电发电板位于所述容纳部与压板之间。

6.根据权利要求5所述的道路发电系统，其特征在于：压板具有在压杆压缩状态下与压电发电板重合的部分和不重合部分，所述不重合的部分具有弹簧座，弹簧两端抵接压板跟所述容纳部。

7.根据权利要求1-6之一所述的道路发电系统，其特征在于：所述第二部分具有一突出部，所述突出部自第二部分的顶端向外延伸，使得至少在局部要超过第二部分的其它部分尺寸，并且超过第二空腔的开口的在上述延伸的方向上的尺寸，所述突出部的下表面高于减速带主体的上端部。

8.根据权利要求1所述的道路发电系统，其特征在于：所述辊子具有弹性表面。

9.根据权利要求1所述的道路发电系统，其特征在于：还具有金属支撑架，所述支撑架沿所述第一空腔的第一竖直壁、第一倾斜壁设置，并且具有一竖直支杆，设置在压杆左右两侧支承在第一倾斜壁与所述容纳部底面之间。