CN115580169A - 车轴端重力球驱动压电陶瓷发电装置及其发电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车轴端重力球驱动压电陶瓷发电装置及其发电方法，在车轴端上设置压电陶瓷发电装置；压电陶瓷发电装置通过车轴端旋转，对压电陶瓷进行施加压力，进行发电；在压电陶瓷发电装置上连接至整流装置的输入端；在整流装置的输出端上并联充电管理模块的输入端；在充电管理模块的输出端连接至储电装置，解决了现有技术中，车辆在行驶过程中，行驶过程中的振动机械能量不能回收利用，造成了资源浪费的技术问题。同时具有结构简单、不发热、无电磁干扰、无污染，能满足车载低耗能产品的电能需求；相比太阳能、风能、热能等新能源，受到自然环境影响更小；关键元器件使用寿命长，后期维护也比较容易。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及一种发电装置及其发电方法，特别涉及一种车轴端重力球驱动压电陶瓷发电装置及其发电方法。
背景技术
在现有技术中，车辆在行驶过程中，行驶过程中的振动机械能量不能回收利用，造成了资源浪费。
发明内容
本发明的实施方式的目的在于提供一种能够对行驶过程中的振动机械能量进行回收利用的发电装置。
为了实现上述目的，本发明的实施方式设计了一种车轴端重力球驱动压电陶瓷发电装置，包括：
车轴端；
压电陶瓷发电装置，在所述的车轴端上设置所述的压电陶瓷发电装置；所述的压电陶瓷发电装置通过所述的车轴端旋转，对压电陶瓷进行施加压力，进行发电；
整流装置，在所述的压电陶瓷发电装置上连接至所述的整流装置的输入端；
充电管理模块，在所述的整流装置的输出端上并联所述的充电管理模块的输入端；
储电装置，在所述的充电管理模块的输出端连接至所述的储电装置。
进一步，所述的车轴端，还包括：
车轴，在所述的车轴端的中心位置设置所述的车轴；
壳体，在所述的车轴的外侧同轴固定一壳体；在所述的壳体中设置所述的压电陶瓷发电装置；
轮轴组件，在所述的壳体的同轴固定所述的轮轴组件。
进一步，所述的压电陶瓷发电装置，还包括：
悬梁臂簧片，在所述的车轴端中的车轴的圆周上均分固定若干根的所述悬梁臂簧片的一端；
配重球，在所述的悬梁臂簧片的另一端上固定所述的配重球；所述的配重球设置在靠近所述车轴端的壳体的内侧；
重力球，在所述的配重球与所述的壳体之间设置一个重力球；所述的重力球在所述的车轴端转动的过程中，沿着所述壳体的内侧运动；在运动的过程中拨动所述的配重球和所述悬梁臂簧片；
压电陶瓷，在所述的壳体的侧面上固定所述的压电陶瓷的一端；
压簧，在所述的压电陶瓷的另一端上固定所述压簧的一端；所述压簧的另一端固定在所述的悬梁臂簧片上靠近车轴处；所述的重力球靠重力压弯所述的悬梁臂簧片，形成杠杆结构。
进一步，所述整流装置为整流桥；所述的整流装置输入端连接并联后的压电陶瓷的输出端。
进一步，所述的充电管理模块为车用电源管理模块；所述的充电管理模块的输入端连接至整流桥的输出端。
进一步，其特征在于，所述的充电管理模块的输出端并连至所述的储电装置上。
在本发明中还提供了一种车轴端重力球驱动压电陶瓷发电装置的发电方法，包括以下步骤：
在车轴端转动的过程中，重力球由于重力作用，不随车轴端转动而转动，只在壳体最低点附近做往复摆动；车轴端旋转带动弹簧悬臂梁片旋转，悬臂梁簧片不停驱动重力球；重力球到一定高度，冲击力叠加自身重力又造成悬臂梁簧片形变，悬臂梁簧片释放重力球，重力球加速沿壳体内壁圆周回落至壳体最低点；悬臂梁簧片离开重力球后，开始做往复振动，循环来拉压压电陶瓷片，压电陶瓷片产生连续脉冲电压；每个弹簧片碰到重力球都会发生同样运动，产生近似脉冲电压；所有压电陶瓷片并联起来，产生的电压通过整流桥整流，再通过充电管理模块进行稳压，最后，输出的稳压电流用于储电装置给充电。
本发明的实施方式还同现有技术相比，在车轴端上设置压电陶瓷发电装置；压电陶瓷发电装置通过车轴端旋转，对压电陶瓷进行施加压力，进行发电；在压电陶瓷发电装置上连接至整流装置的输入端；在整流装置的输出端上并联充电管理模块的输入端；在充电管理模块的输出端连接至储电装置，解决了现有技术中，车辆在行驶过程中，行驶过程中的振动机械能量不能回收利用，造成了资源浪费的技术问题。同时具有结构简单、不发热、无电磁干扰、无污染，能满足车载低耗能产品的电能需求；压电发电技术是一种节能环保的能量利用方式，相比太阳能、风能、热能等新能源，受到自然环境影响更小；关键元器件使用寿命长，后期维护也比较容易。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的工作状态示意图；
图3本发明的存电电路的示意图；
图4为本发明的压电陶瓷发电装置的示意图；
图5为本发明的压电陶瓷发电原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
本发明的第一实施方式涉及一种车轴端重力球驱动压电陶瓷发电装置，如图1、图2、图3所示，包括：
本实施例中的车轴端100主要是用于安装压电陶瓷发电装置200；
在车轴端100上设置压电陶瓷发电装置200；压电陶瓷发电装置200通过车轴端100旋转，对压电陶瓷6进行施加压力，进行发电；压电陶瓷发电装置200主要起到发电的作用。
在压电陶瓷发电装置200上连接至整流装置8的输入端；整流装置8用于对压电陶瓷6发出的近似脉冲电压进行整流，形成直流电。
在整流装置8的输出端上并联充电管理模块9的输入端；充电管理模块9主要是对整流装置8的输出的直流电，进行充电管理，实现对于整个电流的管理。
在充电管理模块9的输出端连接至储电装置10。储电装置10用于存储压电陶瓷发电装置100发出来的电能，经过整流装置8整流以后的直流电。
本实施例中的车轴端重力球驱动压电陶瓷发电装置，解决了现有技术中，车辆在行驶过程中，行驶过程中的振动机械能量不能回收利用，造成了资源浪费的技术问题。
为了实现上述的技术问题，如图1、图2、图3、图4所示，本实施例中的车轴端重力球驱动压电陶瓷发电装置中的车轴端100，还包括：
在车轴端100的中心位置设置车轴11；车轴11作为能量输出的装置。
在车轴11的外侧同轴固定一壳体2；在壳体2中设置压电陶瓷发电装置200；壳体2上用于安装压电陶瓷发电装置200。
在壳体2的同轴固定所述的轮轴组件1，轮轴组件1用于滚动产生能量。
为了实现上述的技术问题，如图1、图2、图3、图4所示，本实施例中的车轴端重力球驱动压电陶瓷发电装置的压电陶瓷发电装置200，还包括：
在车轴端100中的车轴的圆周上均分固定若干根的悬梁臂簧片4的一端；悬梁臂簧片4主要起到拉压压电陶瓷6的作用。
在悬梁臂簧片4的另一端上固定配重球3；配重球3设置在靠近车轴端100的壳体2的内侧；配重球3主要的作用是在悬梁臂簧片4拉压压电陶瓷6的时候，起到增加拉压压电陶瓷6的力度的作用。
在配重球3与壳体2之间设置一个重力球7；重力球7在车轴端100转动的过程中，沿着壳体2的内侧运动；在运动的过程中拨动配重球和3所述悬梁臂簧片4；重力球7在车轴端100旋转的过程中起到按压的作用。
在壳体2的侧面上固定压电陶瓷6的一端；压电陶瓷6主要是利用压电效应的原理如图5所示，如果对压电陶瓷6施加压力，它便会产生电位差(称之为正压电效应)，反之施加电压，则产生机械应力(称为逆压电效应)，也就是说，压电陶瓷6具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能。
在压电陶瓷6的另一端上固定压簧5的一端；压簧5的另一端固定在悬梁臂簧片4上靠近车轴11处；重力球7靠重力压弯悬梁臂簧片4，形成杠杆结构。压簧5的作用使得悬梁臂簧片4回弹，并在重力球7的作用下，反复循环拉压压电陶瓷片6，压电陶瓷片产生连续脉冲电压。每个弹簧片碰到重力球都会发生同样运动，产生近似脉冲电压。
为了实现上述的技术问题，如图1、图2、图3、图4所示，本实施例中的车轴端重力球驱动压电陶瓷发电装置的整流装置8为整流桥；所述的整流装置8输入端连接并联后的压电陶瓷6的输出端。所有压电陶瓷6并连起来，产生的电压通过整流桥整流，再通过充电管理模块9进行稳压，最后输出的稳压电流用于给储电装置10充电。
为了实现上述的技术问题，如图1、图2、图3、图4所示，本实施例中的车轴端重力球驱动压电陶瓷发电装置的充电管理模块9为车用电源管理模块；充电管理模块9的输入端连接至整流桥的输出端。充电管理模块9主要的作用是用于管理对于储电装置10的充电情况。
为了实现上述的技术问题，如图1、图2、图3、图4所示，本实施例中的车轴端重力球驱动压电陶瓷发电装置的充电管理模块9的输出端并连至储电装置10上。
在本发明的第二实施例中还提供了一种车轴端重力球驱动压电陶瓷发电装置的发电方法，包括以下步骤：
在车轴端100转动的过程中，重力球7由于重力作用，不随车轴端100转动而转动，只在壳体2最低点附近做往复摆动；车轴端100旋转带动弹簧悬臂梁片4旋转，悬臂梁簧片4不停驱动重力球7；重力球7到一定高度，冲击力叠加自身重力又造成悬臂梁簧片4形变，悬臂梁簧片4释放重力球，重力球7加速沿壳体2内壁圆周回落至壳体2最低点,悬臂梁簧片4离开重力球7后，开始做往复振动，循环来拉压电陶瓷6，压电陶瓷6产生连续脉冲电压；每个悬臂梁簧片4碰到重力球7都会发生同样运动，产生近似脉冲电压；所有压电陶瓷6并联起来，产生的电压通过整流桥8整流，再通过充电管理模块9进行稳压，最后，输出的稳压电流用于储电装置10给充电。
在本发明中，根据以下的分析和计算公式，能够实现车轴端重力球驱动压电陶瓷发电装置的发电。
1、压电陶瓷周期作用力
悬臂梁簧片4上的配重球3接触到重力球7，推动重力球7沿壳体2圆周随动。调整悬臂梁簧片4弹性形变系数，使重力球在圆周1/4圈左右重力略大于弹簧片弹力，此时重力球7重力使悬臂梁簧片4产生形变，释放重力球7。悬臂梁簧片4上的配重球3受到的压力接近重力球重力，可以用重力球7重力来等效悬臂梁簧片4上的配重球3受到的压力。
V＝4/3*πr3 m＝ρ*V G＝mg
根据以上公式可以推算出重力球7重力，即悬臂梁簧片4上的配重球3受到的压力。假设压电陶瓷6的位置力臂为悬臂梁簧片4上的配重球3的1/n，作用在压电陶瓷6上的压力又被放大n倍。
F1＝n*G
悬臂梁簧片4上的配重球3离开重力球7后，自身做自由振动，等效为弹簧振子。根据以下弹簧振子计算公式推算出弹簧振子振动对压电陶瓷的压力：
F2＝n*k*x(k为弹簧系数，x为弹簧压缩形变)
2、压电陶瓷等效电容
本实施例中的压电发电装置圆周均匀分布8个悬臂梁结构，每个悬臂梁对应一个压电陶瓷6，参考以下计算公式推算压电陶瓷等效电容：
C＝n*ε33*ε0*A/ds
-C为压电陶瓷单体等效电容
-n为压电陶瓷层数
-ε33为压电陶瓷相对介电常数
-ε0为绝对真空介电常数8.854*10-12(F/m)
-A为压电陶瓷截面面积
-ds为压电陶瓷高度
3、压电陶瓷在周期作用力下产生的电压
根据以下公式，可以估算出压电陶瓷6在重力球7作用力F1和弹簧振子作用力F2下产生的电压U1和U2：
U＝g33*F*ds/A
-U为压电陶瓷峰值电压
-g33为压电电压常数(10-3Vm/N)
-F为作用力
-ds为压电陶瓷高度
-A为压电陶瓷截面面积
4、压电陶瓷发电装置的发电功率
F1/F2作用力下每秒产生的电量Q1/Q2
Q1＝U1*C1*f1 Q2＝U2*C2*f2
-f1重力球作用频率可以根据行驶速度和车轮直径推算
-f2弹簧振子振动频率根据T＝2π√(m/k)，f＝1/T推算
根据功率公式P＝P1+P2＝U1*(Q1/t)+U2*(Q2/t)，可以估算出此压电陶瓷发电装置的发电功率P。
本实施例中的车轴端重力球驱动压电陶瓷发电装置与现有技术相比较有如下优势：
1、结构简单、不发热、无电磁干扰、无污染，能满足车载低耗能产品的电能需求；
2、压电发电技术是一种节能环保的能量利用方式，相比太阳能、风能、热能等新能源，受到自然环境影响更小；
3、将生活中容易被忽略的能量收集起来，也有利于节能环保理念的推广和普及；
4、关键元器件使用寿命长，后期维护也比较容易。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (7)
1.一种车轴端重力球驱动压电陶瓷发电装置，其特征在于，包括：
车轴端；
压电陶瓷发电装置，在所述的车轴端上设置所述的压电陶瓷发电装置；所述的压电陶瓷发电装置通过所述的车轴端旋转，对压电陶瓷进行施加压力，进行发电；
整流装置，在所述的压电陶瓷发电装置上连接至所述的整流装置的输入端；
充电管理模块，在所述的整流装置的输出端上并联所述的充电管理模块的输入端；
储电装置，在所述的充电管理模块的输出端连接至所述的储电装置。
2.根据权利要求1所述的车轴端重力球驱动压电陶瓷发电装置，其特征在于，所述的车轴端，还包括：
车轴，在所述的车轴端的中心位置设置所述的车轴；
壳体，在所述的车轴的外侧同轴固定一壳体；在所述的壳体中设置所述的压电陶瓷发电装置；
轮轴组件，在所述的壳体的同轴固定所述的轮轴组件。
3.根据权利要求1所述的车轴端重力球驱动压电陶瓷发电装置，其特征在于，所述的压电陶瓷发电装置，还包括：
悬梁臂簧片，在所述的车轴端中的车轴的圆周上均分固定若干根的所述悬梁臂簧片的一端；
配重球，在所述的悬梁臂簧片的另一端上固定所述的配重球；所述的配重球设置在靠近所述车轴端的壳体的内侧；
重力球，在所述的配重球与所述的壳体之间设置一个重力球；所述的重力球在所述的车轴端转动的过程中，沿着所述壳体的内侧运动；在运动的过程中拨动所述的配重球和所述悬梁臂簧片；
压电陶瓷，在所述的壳体的侧面上固定所述的压电陶瓷的一端；
压簧，在所述的压电陶瓷的另一端上固定所述压簧的一端；所述压簧的另一端固定在所述的悬梁臂簧片上靠近车轴处；所述的重力球靠重力压弯所述的悬梁臂簧片，形成杠杆结构。
4.根据权利要求1所述的车轴端重力球驱动压电陶瓷发电装置，其特征在于，所述整流装置为整流桥；所述的整流装置输入端连接并联后的压电陶瓷的输出端。
5.根据权利要求1所述的车轴端重力球驱动压电陶瓷发电装置，其特征在于，所述的充电管理模块为车用电源管理模块；所述的充电管理模块的输入端连接至整流桥的输出端。
6.根据权利要求1所述的车轴端重力球驱动压电陶瓷发电装置，其特征在于，所述的充电管理模块的输出端并连至所述的储电装置上。
7.一种车轴端重力球驱动压电陶瓷发电装置的发电方法，其特征在于，包括以下步骤：
在车轴端转动的过程中，重力球由于重力作用，不随车轴端转动而转动，只在壳体最低点附近做往复摆动；车轴端旋转带动弹簧悬臂梁片旋转，悬臂梁簧片不停驱动重力球；重力球到一定高度，冲击力叠加自身重力又造成悬臂梁簧片形变，悬臂梁簧片释放重力球，重力球加速沿壳体内壁圆周回落至壳体最低点，悬臂梁簧片离开重力球后，开始做往复振动，循环来拉压压电陶瓷，压电陶瓷产生连续脉冲电压；每个悬臂梁簧片碰到重力球都会发生同样运动，产生近似脉冲电压；所有压电陶瓷并联起来，产生的电压通过整流桥整流，再通过充电管理模块进行稳压，最后，输出的稳压电流用于储电装置给充电。
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|---|---|---|---|---|
| CN116667700A (zh) * | 2023-05-05 | 2023-08-29 | 哈尔滨理工大学 | 一种依靠重心偏移驱动压电陶瓷发电的装置及其发电方法 |
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- 2022-11-09 CN CN202211396987.4A patent/CN115580169A/zh active Pending
Cited By (2)
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| CN116667700A (zh) * | 2023-05-05 | 2023-08-29 | 哈尔滨理工大学 | 一种依靠重心偏移驱动压电陶瓷发电的装置及其发电方法 |
| CN116667700B (zh) * | 2023-05-05 | 2023-12-15 | 哈尔滨理工大学 | 一种依靠重心偏移驱动压电陶瓷发电的装置及其发电方法 |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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