CN116538034A - 一种基于屈曲压电复合梁的俘能装置 - Google Patents
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Abstract
本发明利用复合屈曲梁屈曲变形储能,结合压电效应，设计了一种基于屈曲压电复合梁的俘能装置，包括复合屈曲梁、齿轮齿条传动装置、直流发电机、踏板、缓冲弹簧、底座和整流储能电路。本装置利用屈曲梁屈曲变形存储机械能，结合压电效应与电磁感应实现能量俘获。当踏板被行人踩下时，复合屈曲梁、屈曲形变储存弹性势能，由平衡位置转向不平衡位置；当踏板抬起时，复合屈曲梁瞬时回弹，将储存的弹性势能转化为便于俘能的高频激励，压电效应产生电荷，屈曲梁同时带动齿轮传动结构运动，使与其相连的直流发电机受激工作，将机械能转化为电能。本发明可用于道路地砖，阶梯等设施，为周边小功率设备进行供能。
Description
技术领域
本发明涉及道路发电技术领域，具体涉及一种压电与屈曲结合的发电装置。
背景技术
随着科技的快速进步，有限的能源被快速消耗是一个亟待解决的问题。只有有效地利用和回收能源，才能有效缓解能源短缺的压力。但是对于生活中生活中一些普遍存在可以回收利用的能源还未有更好的回收装置。例如：随着防疫政策的逐渐开放，越来越多的人选择出门游玩，每到节假日，一些大型商场或旅游景点往往人满为患。行人行走时会对路面有振动或冲击的作用，这种机械能一般会转会为热能消散，我们可以通过俘能装置对这部分的机械能加以回收利用并发电。
申请号为CN201910271062.9的中国发明专利公开了一种地铁站台阶行人踩踏压力发电装置。压力发电装置包括基座、压电材料模块、木质胶合板；基座安装在台阶上表面，电控箱内安装有发电系统以及蓄电池；申请号为202010504668.5的中国发明专利本发明公开了一种利用行人踩踏发电的发电装置，包括壳体内部设有工作空间，工作空间上侧壁设有滑动空间，滑动空间与工作空间之间设有使接入发电机的输出轴转动的主要发电装置，壳体下侧壁固定连接有轴承，轴承中转动连接有主转动轴，主转动轴上转动连接旋转抵片。
然而，行人踩踏的频率只有约1HZ，踩下踏板的行程为3cm左右，直接加以利用较难实现稳定发电。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于屈曲压电复合梁的俘能装置，有效储存行人步行能量并回收利用。
本发明所采用的技术方案是，一种基于屈曲压电复合梁的俘能装置，包括复合屈曲梁、齿轮齿条传动装置、直流发电机、踏板、缓冲弹簧、底座和整流储能电路；所述装置利用屈曲梁屈曲变形存储机械能，结合压电效应与电磁感应实现能量俘获。当缓冲板被行人踩下时，复合屈曲梁屈曲形变储存弹性势能，由平衡位置转向不平衡位置；当踏板抬起时，复合屈曲梁瞬时回弹，将储存的弹性势能转化为便于俘能的高频激励，压电效应产生电荷，屈曲梁同时带动齿轮传动结构运动，使与其相连的直流发电机受激工作，将机械能转化为电能，提高了能量的利用率。
本发明的其他特点还在于，
安装基体屈曲梁；
压电陶瓷与所述屈曲梁紧密连接；
齿轮传动装置与所述屈曲梁和压电陶瓷连接；
所述齿轮装置包括：齿轮组、齿条、微型连接装置。齿轮组与齿条相啮合，并通过微型连接装置与所述屈曲梁和压电陶瓷连接；
踏带通过缓冲弹簧连接在所述屈曲梁的上部；
直流发电机连接在所述齿轮装置中的齿轮组的上端位置；
整流储能电路与所述屈曲梁与压电陶瓷的复合结构的上下两端相连接，并通过导线与所述直流发电机的输出端和输入端相连；
其中，所述安装基体包括屈曲梁以及外壳保护装置；
其中，所述齿轮组中包括第一齿轮和第二齿轮相互啮合；
其中，所述齿条为单齿面齿条，其单齿面与第二齿轮啮合，边缘与所述连接装置固定；
其中，所述直流发电机的一个输入轴与所述齿轮装置的第一齿轮连接；
其中，所述踏带采用平滑流线型的矩形样式。
本发明的有益效果是，基于屈曲压电复合梁的俘能装置，解决了现有能量回收装置无法有效储存行人经过路面时的机械能，实现发电的问题，从而提高了能量转换的效率。相比于传统的路面发电装置具有以下优势：
(1)本发明装置主要由齿轮齿条传动机构,屈曲梁和压电陶瓷及发电机和储能电路组成,工作过程中不会产生任何污染物质，环保安全。
(2)装置结构简单，造价低，制造困难小，占用空间不大，应用广泛，可给周边小功率用电器供电，绿色环保。
(3)采用了屈曲梁，能够较大程度捕获行人经过时的机械能，可以让屈曲梁在行人脚踩下的时候屈曲变形储存弹性势能，当脚抬起时，复合屈曲梁瞬时回弹，将储存的弹性势能转化为便于俘能的高频激励，从而提高了能量转换的效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是产品整体结构轴测图；
图2是产品整体结构左视图；
图3是产品整体结构俯视图；
图4是产品整体结构爆炸图；
图中1.直流发电机、2.齿轮齿条传动装置、3.踏板、4.缓冲弹簧、5.复合屈曲梁、6.整流储能电路、7.底座。
具体实施方式
下面结合具体实施案例对本发明作进一步详细说明。
图1是产品整体结构简图。当踏板(3)被行人踩下时，复合屈曲梁(5)屈曲形变储存弹性势能，由平衡位置转向不平衡位置；当踏板(3)抬起时，复合屈曲梁(5)瞬时回弹，将储存的弹性势能转化为便于俘能的高频激励，压电效应产生电荷，屈曲梁同时带动齿轮运动，带动直流发电机(1)工作，将机械能转化为电能。
所述齿轮齿条传动装置(2)包括齿轮组和齿条。齿轮组与齿条相啮合，齿条连接在压电陶瓷复合屈曲梁(5)上，齿轮带动直流发电机(1)输入轴运动，从而使压电陶瓷复合屈曲梁(5)的形变产生的激励可以通过齿轮齿条传动装置(2)传递到直流发电机(1)上；
所述压电陶瓷复合屈曲梁(5)两侧粘接压电聚合物，产生的电荷储存在电容中，压电陶瓷和发电机可同时进行能量俘获与转化。
所述踏板(3)通过缓冲弹簧(4)连接在复合屈曲梁(5)的顶部，踏板(3)可将踩踏的力传递给复合屈曲梁(5)。
Claims (4)
1.一种基于屈曲压电复合梁的俘能装置，其特征在于，包括直流发电机(1)、齿轮齿条传动装置(2)、踏板(3)、缓冲弹簧(4)、复合屈曲梁(5)、整流储能电路(6)和底座(7)；所述装置利用屈曲梁屈曲变形存储机械能，结合压电效应与电磁感应实现能量俘获；当踏板(3)被行人踩下时，复合屈曲梁(5)屈曲形变储存弹性势能，由平衡位置转向不平衡位置；当踏板(3)抬起时，复合屈曲梁(5)瞬时回弹，将储存的弹性势能转化为便于俘能的高频激励，压电效应产生电荷，屈曲梁同时带动齿轮运动，带动直流发电机(1)工作，将机械能转化为电能。
2.根据权利要求1所述的一种基于屈曲压电复合梁的俘能装置，其特征在于，所述齿轮齿条传动装置(2)包括齿轮组和齿条；齿轮组与齿条相啮合，齿条连接在压电陶瓷复合屈曲梁(5)上，齿轮带动直流发电机(1)输入轴运动，从而使压电陶瓷复合屈曲梁(5)的形变产生的激励可以通过齿轮齿条传动装置(2)传递到直流发电机(1)上。
3.根据权利要求1所述的一种基于屈曲压电复合梁的俘能装置，其特征在于，所述压电陶瓷复合屈曲梁(5)两侧粘接压电聚合物，产生的电荷储存在电容中，压电陶瓷和发电机可同时进行能量俘获与转化。
4.根据权利要求1所述的一种基于屈曲压电复合梁的俘能装置，其特征在于，所述踏板(3)通过缓冲弹簧(4)连接在复合屈曲梁(5)的顶部，踏板(3)可将踩踏的力传递给复合屈曲梁(5)。
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