CN113419106A - 一种垂直受压发电模块测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种垂直受压发电模块测试系统，包括往复冲压组件（1）、升降测试组件（2）及监测设备（3）；升降测试组件（2）设置在往复冲压组件（1）下端；往复冲压组件（1）包括转动盘（11）、固定杆（12）、第一连接杆（13）、第二连接杆（14）、第一滑移板（15）及冲击锤（16），升降测试组件（2）包括支撑架（21）、第二滑移板（22）、压力传感器（23）、模块容器（24）、压力测试模块（25）、“L”形连杆（26）以及丝杠电机（27）。该系统压力力度可控、重复性好，能在低频率、高压力值条件下对压力发电模块实现精确测量，测量范围广；同时，该系统能实时测量电流、电压及压力随时间变化的值，有利于对压力发电组件性能的分析。

Description

一种垂直受压发电模块测试系统

技术领域

本发明涉及压力发电技术领域，具体涉及一种垂直受压发电模块测试系统。

背景技术

目前，对于一些运动部件，其在工作过程中会产生机械能，例如，车辆轮胎在转动过程中会发生变形，会产生机械能；行人在行走过程中，鞋子对路面产生挤压、从而产生机械能；而在现有技术中，无论是鞋子、还是轮胎产生的机械能会白白的流失在空气中，导致能量的浪费。

压力发电是一种将机械能转换为电能的发电技术，通过压力发电技术（例如压电陶瓷、法拉第发电机等）可以有效的将车辆轮胎或鞋子底部产生的机械能转换为电能，从而实现发电，能为通讯设备、小型照明设备等提供能源，进而有效的避免能源浪费、提高了能量的使用率。

专利号201711359541.3、专利名称“一种压电元件发电能力测试系统”的发明专利虽然提到能够进行发电性能测设，但是其激励源为压电信号发生器，具有频率高、压力值小的特点，因此，其发电能力测试结果与步行、轮胎挤压等低频率、高压力值等场景中的发电能力差异性巨大；专利号202021134895.5、专利名称“一种旋磁式压电材料发电性能测试试验台”中提到对旋磁式压电材料的发电性能进行测试，但是其只能根据示波器进行电压值的测试，而无法获得瞬时电流与压力值，从而无法获得电流、电压分别与压力的对应关系，无法准确的评价压电组件的优劣以及无法对结构和材料工艺优化提供有效参考。因此，现有技术中缺少一种能够有效、精确测量压力发电组件的设备。

发明内容

针对以上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种垂直受压发电模块测试系统，该系统压力力度可控、重复性好，能在低频率、高压力值条件下对压力发电模块实现精确测量，测量范围广；同时，该系统能实时测量出电流、电压以及压力随时间变化的值，从而有利于对压力发电组件性能、优劣程度的分析。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种垂直受压发电模块测试系统，其特征在于：包括往复冲压组件、升降测试组件以及监测设备；所述升降测试组件设置在所述往复冲压组件下端；所述往复冲压组件包括转动盘、固定杆、第一连接杆、第二连接杆、第一滑移板以及冲击锤，所述转动盘一端面固定设置一固定杆且所述固定杆中心与所述转动盘圆心为同一个点，所述固定杆一端设置一滑动块且所述滑动块远离所述固定杆的一端与所述第一连接杆一端转动连接，所述第一连接杆另一端与所述第二连接杆转动连接，所述第二连接杆为竖直杆且所述第二连接杆远离所述第一连接杆的一端与所述第一滑移板上端板固定连接，所述第一滑移板下端面固定连接一冲击锤；所述升降测试组件包括支撑架、第二滑移板、压力传感器、模块容器、压力测试模块、“L”形连杆以及丝杠电机，所述支撑架为倒“门”形支架且所述第一滑移板、第二滑移板两端分别与所述支撑架两侧的竖杆滑动连接，所述第二滑移板上端面且对应所述冲击锤固定设置一压力传感器，所述压力传感器上侧固定设置一模块容器，所述模块容器横截面为“凹”字形且“凹”字形的凹部对应所述冲击锤，所述模块容器的凹部内设置压力测试模块，所述支撑架横杆底部一端固定连接一“L”形连杆，所述“L”形连杆远离所述支撑架的一端与所述丝杠电机固定连接，所述丝杠电机包括电机外壳、定子、转子以及丝杠，所述定子固定设置在所述电机外壳内，所述定子内设置转子且所述转子内设置一贯穿转子的通孔，且所述丝杠贯穿所述通孔，所述支撑架横杆对应所述转子设置一螺母且所述螺母与所述支撑架横杆转动连接，所述螺母底端与所述转子顶面通过固定连接杆连接、保证螺母与转子同时转动，所述丝杠远离所述转子的一端（即丝杠上端）贯穿所述螺母且与所述第二滑移板下端面连接，所述螺母内壁开设内螺纹、所述丝杠与所述螺母内壁螺纹连接。

作进一步优化，所述转动盘远离所述固定杆的一侧端面设置一驱动电机、用于控制转动盘转动，所述驱动电机与所述监测设备电性连接。

作进一步优化，所述滑动块通过第一转动轴承与所述第一连接杆转动连接，所述第一连接杆通过第二转动轴承与所述第二连接杆转动连接。

作进一步优化，所述第一滑移板、第二滑移板两端分别通过滑套与所述支撑架两侧的竖杆滑动连接。

作进一步优化，所述压力测试模块包括金属板、弹性片以及压力发电模块；所述压力发电模块安装在所述模块容器内；所述压力发电模块上端设置弹性片，用于提供缓冲、防止压力发电模块损坏；所述弹性片上端设置金属板，用于保证压力发电模块受力均匀。

优选的，所述弹性片采用硅胶片或弹簧片中的任意一种。

作进一步优化，所述螺母通过第三转动轴承与所述支撑架的横杆转动连接。

作进一步优化，所述丝杆、所述螺母与所述转子的中轴线共线，所述固定连接杆绕所述丝杠中轴线均匀分布。

优选的，所述固定连接杆为4～6根。

作进一步优化，所述丝杆通过轴承与所述第二滑移板下端转动连接。

作进一步优化，为了避免冲击锤压下时、冲击力对电机与丝杠造成损坏，所述支撑架两侧竖杆下部（即第二滑移板运动的部分）对称分布若干弹簧头组件，所述弹簧头组件包括复位弹簧与定位卡子，所述复位弹簧一端与所述支撑架竖杆内壁固定连接、另一端与所述定位卡子底部固定连接，所述定位卡子侧壁与所述支撑架竖杆内壁滑动连接且所述定位卡子远离所述复位弹簧一端端部为弧形结构。

作进一步优化，所述监测设备包括计算机模块、电机驱动器、数字变送器、智能仪表以及数字万用表，所述丝杠电机与所述电机驱动器电性连接，且所述电机驱动器与所述计算机模块电性连接；所述压力传感器与所述数字变送器、智能仪表电性连接，且所述数字变送器与所述计算机模块电性连接；所述数字万用表与所述压力测试模块（具体为压力发电模块）电性连接，且所述数字万用表与所述计算机模块电性连接。

本发明具有如下技术效果：

本系统通过转动盘、固定杆、第一连接杆、第二连接杆、第一滑移板以及冲击锤的配合对压力测试模块提供压力同时通过转动盘的转动实现第一滑移板上下往复运动、进而进行受压频率的调节；通过支撑架、第二滑移板、“L”形连杆以及丝杠电机的配合实现压力测试模块上下往复运动，从而通过设置第二滑移板的高度实现压力力度的调节；通过转子、固定连接杆以及螺母的配合，一是通过固定连接杆实现对丝杠的硬限位、避免其出现径向跳动，二是通过固定连接杆实现转子与螺母的同时转动、由于丝杆与螺母配合，进而实现丝杠在轴线方向的移动，实现第二滑移板的升降功能，通过丝杠实现第二滑移板的升降，更加稳定、精确且可控。并且，本系统通过压力传感器对模块进行受力的实时监控，从而得到其压力变化曲线，通过数字万用表获得电流与电压随时间的变化曲线，进而获得电压、电流以及压力值等数据，获得压力发电模块的瞬时输出功率与平均输出功率，从而能有效评价压力发电组件的发电能力，实现对不同频率、不同高度下（即压力值不同）的压力发电模块的测试，测试范围广、测试准确性高、操作方便。

附图说明

图1为本发明实施例中垂直受压发电模块测试系统的整体结构示意图。

图2为图1的A向局部放大图。

图3为图1的B向局部放大图。

图4为本发明实施例中垂直受压发电模块测试系统的丝杠电机的结构示意图。

图5为本发明实施例中垂直受压发电模块测试系统测试过程中压力变化曲线示意图。

图6为本发明实施例中垂直受压发电模块测试系统测试过程中电流-时间变化曲线示意图。

图7为本发明实施例中垂直受压发电模块测试系统测试过程中电压-时间变化曲线示意图。

其中，1、往复冲压组件；11、转动盘；12、固定杆；120、滑动块；13、第一连接杆；131、第一转动轴承；132、第二转动轴承；14、第二连接杆；15、第一滑移板；16、冲击锤；2、升降测试组件；21、支撑架；210、螺母；2101、第三转动轴承；211、复位弹簧；212、定位卡子；22、第二滑移板；220、滑套；23、压力传感器；24、模块容器；25、压力测试模块；251、金属板；252、弹性片；253、压力发电模块；26、“L”形连杆；27、丝杠电机；271、电机外壳；272、定子；273、转子；2730、通孔；2731、固定连接杆；274、丝杠；2740、轴承；3、监测设备；31、计算机模块；32、电机驱动器；33、数字变送器；34、智能仪表；35、数字万用表。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

如图1～4所示，一种垂直受压发电模块测试系统，其特征在于：包括往复冲压组件1、升降测试组件2以及监测设备3；升降测试组件2设置在往复冲压组件1下端；往复冲压组件1包括转动盘11、固定杆12、第一连接杆13、第二连接杆14、第一滑移板15以及冲击锤16，转动盘11一端面固定设置一固定杆12且固定杆12中心与转动盘11圆心为同一个点，转动盘11远离固定杆12的一侧端面设置一驱动电机（驱动电机的输出轴中轴线与转动盘11中轴线共线，图中未画出，按本领域常规设计进行设置）、用于控制转动盘11转动，驱动电机与监测设备3电性连接；固定杆12一端设置一滑动块120且滑动块120远离固定杆12的一端与第一连接杆13一端通过第一转动轴承131转动连接，第一连接杆13另一端通过第二转动轴承132与第二连接杆14转动连接，第二连接杆14为竖直杆且第二连接杆14远离第一连接杆13的一端与第一滑移板15上端板固定连接，第一滑移板15下端面固定连接一冲击锤16；升降测试组件2包括支撑架21、第二滑移板22、压力传感器23、模块容器24、压力测试模块25、“L”形连杆26以及丝杠电机27，支撑架21为倒“门”形支架且第一滑移板15、第二滑移板22两端分别通过滑套220与支撑架21两侧的竖杆滑动连接，第二滑移板22上端面且对应冲击锤16固定设置一压力传感器23，压力传感器23上侧固定设置一模块容器24，模块容器24横截面为“凹”字形且“凹”字形的凹部对应冲击锤16，模块容器24的凹部内设置压力测试模块25，支撑架21横杆底部一端固定连接一“L”形连杆26，“L”形连杆26远离支撑架21的一端与丝杠电机27固定连接，丝杠电机27包括电机外壳271、定子272、转子273以及丝杠274，定子272固定设置在电机外壳271内，定子272内设置转子273且转子273内设置一贯穿转子273的通孔2730，且丝杠274贯穿通孔2730，支撑架21横杆对应转子273设置一螺母210且螺母210通过第三转动轴承2101与支撑架21横杆转动连接，螺母210底端与转子273顶面通过固定连接杆2731连接、保证螺母210与转子273同时转动，丝杠274远离转子273的一端（即丝杠上端）贯穿螺母210且与第二滑移板22下端面通过轴承2740连接，螺母210内壁开设内螺纹、丝杠274与螺母210内壁螺纹连接。

压力测试模块25包括金属板251、弹性片252以及压力发电模块253；压力发电模块253安装在模块容器24内；压力发电模块253上端设置弹性片252，用于提供缓冲、防止压力发电模块253损坏；弹性片252上端设置金属板251，用于保证压力发电模块253受力均匀；弹性片252采用硅胶片或弹簧片中的任意一种。

丝杆274、螺母210与转子273的中轴线共线，固定连接杆2731绕丝杠274中轴线均匀分布；固定连接杆2731为4～6根。

为了避免冲击锤压下时、冲击力对电机与丝杠274造成损坏，支撑架21两侧竖杆下部（即第二滑移板22运动的部分）均匀对称分布若干弹簧头组件，弹簧头组件包括复位弹簧211与定位卡子212，复位弹簧211一端与支撑架21竖杆内壁固定连接、另一端与定位卡子212底部固定连接，定位卡子212侧壁与支撑架21竖杆内壁滑动连接且定位卡子212远离复位弹簧211一端端部为弧形结构，如图3所示。

监测设备3包括计算机模块31、电机驱动器32、数字变送器33、智能仪表34以及数字万用表35，丝杠电机27与电机驱动器32电性连接，且电机驱动器32与计算机模块31电性连接；压力传感器23与数字变送器33、智能仪表34电性连接，且数字变送器33与计算机模块31电性连接；数字万用表35与压力测试模块25（具体为压力发电模块253）电性连接，且数字万用表35与计算机模块31电性连接。

工作原理：

首先，根据往复冲压组件1测试过程中运动所需的频率调节滑动块120与固定杆12之间的相对位置（即在固定杆12上移动滑动块120），从而调节第一连接杆13与固定杆12连接点的位置，丛而实现往复冲压组件1往复频率的调节。

然后，启动驱动电机带动转动盘11转动，转动盘11通过第一连接杆13带动第二连接杆14向图1所示方向下侧运动，从而带动第一滑移板15与冲击锤16向下移动；启动驱动电机时同步启动丝杠电机27，丝杆电机27的转子273通过固定连接杆2731带动螺母210转动，由于螺母210与丝杆274螺纹配合，因此带动丝杠274在轴线上向图1所示方向上侧移动，从而带动第二滑移板22向上移动，从而实现冲击锤16不断挤压压力测试模块25，压力传感器23在此过程中实时监控压力、并通过数字变送器33与智能仪表34传输到计算机模块31生成压力变化曲线（如图5所示），数字万用表35实时监测压力发电模块253处的电流与电压、发送到计算机模块31生成电流曲线（如图6所示）与电压曲线（如图7所示），从而实现对压力发电组件性能的评测。通过预设第二滑移板22的运动高度实现对压力峰值的设定，当压力达到峰值时，驱动电机继续正转、此时第一滑移台15向上运动，丝杠电机17反转、此时第二滑移台22向下运动，压力值逐渐减小，通过数字变送器33、智能仪表34以及数字万用表35进行实时监控，完成一个周期的测试。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种垂直受压发电模块测试系统，其特征在于：包括往复冲压组件（1）、升降测试组件（2）以及监测设备（3）；所述升降测试组件（2）设置在所述往复冲压组件（1）下端；所述往复冲压组件（1）包括转动盘（11）、固定杆（12）、第一连接杆（13）、第二连接杆（14）、第一滑移板（15）以及冲击锤（16），所述转动盘（11）一端面固定设置一固定杆（12）且所述固定杆（12）中心与所述转动盘（11）圆心为同一个点，所述固定杆（12）一端设置一滑动块（120）且所述滑动块（120）远离所述固定杆（12）的一端与所述第一连接杆（13）一端转动连接，所述第一连接杆（13）另一端与所述第二连接杆（14）转动连接，所述第二连接杆（14）为竖直杆且所述第二连接杆（14）远离所述第一连接杆（13）的一端与所述第一滑移板（15）上端板固定连接，所述第一滑移板（15）下端面固定连接一冲击锤（16）；所述升降测试组件（2）包括支撑架（21）、第二滑移板（22）、压力传感器（23）、模块容器（24）、压力测试模块（25）、“L”形连杆（26）以及丝杠电机（27），所述支撑架（21）为倒“门”形支架且所述第一滑移板（15）、第二滑移板（22）两端分别与所述支撑架（21）两侧的竖杆滑动连接，所述第二滑移板（22）上端面且对应所述冲击锤（16）固定设置一压力传感器（23），所述压力传感器（23）上侧固定设置一模块容器（24），所述模块容器（24）横截面为“凹”字形且“凹”字形的凹部对应所述冲击锤（16），所述模块容器（24）的凹部内设置压力测试模块（25），所述支撑架（21）横杆底部一端固定连接一“L”形连杆（26），所述“L”形连杆（26）远离所述支撑架（21）的一端与所述丝杠电机（27）固定连接，所述丝杠电机（27）包括电机外壳（271）、定子（272）、转子（273）以及丝杠（274），所述定子（272）固定设置在所述电机外壳（271）内，所述定子（272）内设置转子（273）且所述转子（273）内设置一贯穿转子（273）的通孔（2730），且所述丝杠（274）贯穿所述通孔（2730），所述支撑架（21）横杆对应所述转子（273）设置一螺母（210）且所述螺母（210）与所述支撑架（21）横杆转动连接，所述螺母（21）底端与所述转子（273）顶面通过固定连接杆（2731）连接，所述丝杠（274）远离所述转子（273）的一端贯穿所述螺母（210）且与所述第二滑移板（22）下端面连接，所述螺母（210）内壁开设内螺纹、所述丝杠（274）与所述螺母（210）内壁螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的一种垂直受压发电模块测试系统，其特征在于：所述转动盘（11）远离所述固定杆（12）的一侧端面设置一驱动电机，所述驱动电机与所述监测设备（3）电性连接。

3.根据权利要求1或2任一项所述的一种垂直受压发电模块测试系统，其特征在于：所述滑动块（120）通过第一转动轴承（131）与所述第一连接杆（13）转动连接，所述第一连接杆（13）通过第二转动轴承（132）与所述第二连接杆（14）转动连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种垂直受压发电模块测试系统，其特征在于：所述第一滑移板（15）、第二滑移板（22）两端分别通过滑套（220）与所述支撑架（21）两侧的竖杆滑动连接。

5.根据权利要求1所述的一种垂直受压发电模块测试系统，其特征在于：所述压力测试模块（25）包括金属板（251）、弹性片（252）以及压力发电模块（253）；所述压力发电模块（253）安装在所述模块容器（24）内；所述压力发电模块（253）上端设置弹性片（252），所述弹性片（252）上端设置金属板（251）。

6.根据权利要求1所述的一种垂直受压发电模块测试系统，其特征在于：所述螺母（210）通过第三转动轴承（2101）与所述支撑架（21）的横杆转动连接。

7.根据权利要求1所述的一种垂直受压发电模块测试系统，其特征在于：所述丝杆（274）通过轴承（2740）与所述第二滑移板（22）下端转动连接。

8.根据权利要求1所述的一种垂直受压发电模块测试系统，其特征在于：所述监测设备（3）包括计算机模块（31）、电机驱动器（32）、数字变送器（33）、智能仪表（34）以及数字万用表（35），所述丝杠电机（27）与所述电机驱动器（32）电性连接，且所述电机驱动器（32）与所述计算机模块（31）电性连接；所述压力传感器（23）与所述数字变送器（33）、智能仪表（34）电性连接，且所述数字变送器（33）与所述计算机模块（31）电性连接；所述数字万用表（35）与所述压力测试模块（25）电性连接，且所述数字万用表（35）与所述计算机模块（31）电性连接。

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