CN207160498U - 一种惯性式压电发电地板 - Google Patents

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刘清华
范尊强
杨志刚
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Abstract

本实用新型涉及一种惯性式压电发电地板，包括：弹性盖板、限位底板、膜片弹簧板和压电悬臂梁。其中：所述弹性盖板沉槽面与膜片弹簧板作用面接触，弹性盖板沉槽面布置的圆柱形杆件穿过膜片弹簧板通孔并与压电悬臂梁正中连接；所述限位底板正中布置的限位凸块与弹性盖板上圆柱形杆件相对。当力作用在弹性盖板中部，压电悬臂梁经历从下降、撞击限位凸块、上升回到初始位置的过程，由于圆柱形杆件的瞬时冲击和质量块的惯性，压电悬臂梁可以保持变形和连续振动状态，从而提高了压电能量俘获效率。本实用新型在商场、地铁等人流量集中地方有广泛应用，与现有压电自发电地板相比，具有发电效率显著提高，拆装方便，易于生产和铺设，使用寿命延长等优点。

Description

一种惯性式压电发电地板
技术领域
本实用新型属于压电发电领域，具体涉及一种惯性式压电发电地板。
背景技术
近年来，随着压电自供电技术迅猛发展以及人类对节能环保理念的重视，利用环境振动能转化为电能的装置被越来越多的人利用，其中一个思路就是利用人走路时对路面产生的振动能转化为电能，国内外对利用人体踩踏发明的压电发电装置较多。公开号为CN204139530U中国实用新型专利公开的一种新型压电式发电地板利用人踩踏冲击棒能量先储存于弹簧内，由弹簧恢复形变带动压电发电模块振动，虽然发电效率有一定提高，但是结构特别复杂，没有充分考虑人脚踩踏时的作用力作用过程以及对冲击棒形成的位移太小，无法使压电悬臂梁产生大变形，发电效率有待提高。欧洲专利公开号为EP362096A1公开的一种压电发电地板，利用地板底面凸块直接冲击埋在地下的架空的悬臂梁中部装置，虽然直接有效，但是同样没有深究脚步作用力对发电地板发电单元作用过程，上层地板变形极小，压电悬臂梁既不能在共振频率范围内共振也不能产生大变形，其能量俘获效率较低。
发明内容
为了解决目前压电自发电地板结构复杂，压电能量俘获效率低，不易于批量化生产和铺设等问题，提出了一种惯性式压电发电地板。该惯性式压电发电地板由弹性盖板、限位底板、膜片弹簧板和压电悬臂梁构成。当力作用在弹性盖板中部，压电悬臂梁经历从下降、撞击限位凸块、上升回到初始位置持续振动的过程，下降过程由于惯性压电悬臂梁中部向下弯曲，当下降到撞击限位凸块时，压电悬臂梁中部相对静止，压电悬臂梁两端由于质量块惯性产生短暂的持续振动，当脚步作用力撤销后，压电悬臂梁上升，由于惯性中部向上弯曲，当一直上升到初始位置时，压电悬臂梁中部相对静止，而两端由于质量块惯性的作用会使压电悬臂梁产生持续弯曲振动，直至下一次受外力踩踏再重复这四个过程，发电效率明显增强。该惯性式压电发电地板由于利用板材叠加，结构简单，易于生产装配和路面铺设，降低了生产和使用成本。当它代替普通地板布置到人流量大的商场、地铁等地方时可以满足监测人流量用发电模块的自供电或发光地板的自供电等。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型一种惯性式压电发电地板，包括弹性盖板、限位底板、膜片弹簧板和压电悬臂梁，其中：所述弹性盖板底面正中布置有圆形沉槽，圆形沉槽面正中布置有圆柱形杆件；所述膜片弹簧板正中布置有若干斜Z字形弹性梁和斜Z 字形悬臂梁围成的膜片弹簧板通孔，弹性盖板上的圆柱形杆件正中穿过膜片弹簧板通孔并使得斜Z字形弹性梁作用面与弹性盖板的圆形沉槽面接触；所述压电悬臂梁由弹性基板、压电薄片和质量块组成，压电薄片粘贴在弹性基板上表面，质量块布置在悬臂梁端部，压电悬臂梁正中上表面与弹性盖板上圆柱形杆件端面连接；所述限位底板正中布置有矩形沉槽，沉槽面正中布置有与弹性盖板上圆柱形杆件端面相对的并有一段距离的凸块；所述弹性盖板、膜片弹簧板和限位底板依次叠放并连接。
所述压电悬臂梁为压电薄片对称粘贴在弹性基板上下表面形成的双晶片压电振子。
工作时，惯性式压电发电地板各层之间粘接或焊接在一起并布置在同一平面内形成阵列式结构。当力作用在弹性盖板中部，压电悬臂梁经历从下降、撞击限位凸块、上升再到回到初始位置持续振动的过程，下降过程由于惯性压电悬臂梁中部向下弯曲，当下降到撞击限位凸块时，压电悬臂梁中部相对静止，压电悬臂梁两端由于质量块惯性产生短暂的持续振动，当脚步作用力撤销后，压电悬臂梁上升，由于惯性中部向上弯曲，当一直上升到初始位置时，压电悬臂梁中部相对静止，而两端由于质量块惯性的作用会使压电悬臂梁产生持续弯曲振动，直至下一次受外力踩踏再重复这四个过程，发电效率明显增强。压电悬臂梁发电片在振动变形过程中的能量通过电路用电容采集起来，当它代替普通地板布置到人流量大的商场、地铁等地方时可以满足监测人流量用发电模块的自供电或发光地板的自供电等。
附图说明
图1是本实用新型的一种惯性式压电发电地板剖视图。
图2是本实用新型的一种惯性式压电发电地板安装关系爆炸视图。
图3是本实用新型的一种惯性式压电发电地板弹性盖板零件图。
具体实施方式
参照图1、图2和图3，本实用新型一种惯性式压电发电地板包括弹性盖板 (1)和限位底板(2)，其特征在于还包括膜片弹簧板(3)和压电悬臂梁(4)，其中：所述弹性盖板(1)底面正中布置有圆形沉槽,圆形沉槽面(11)正中布置有圆柱形杆件(12)；所述膜片弹簧板(3)为弹性板材冲压而成，正中布置有若干斜Z字形弹性梁和斜Z字形悬臂梁围成的膜片弹簧板通孔，弹性盖板(1) 上的圆柱形杆件正中穿过膜片弹簧板通孔并使得斜Z字形弹性梁作用面(31) 与弹性盖板(1)的圆形沉槽面(11)接触；所述压电悬臂梁(4)由弹性基板 (41)、压电薄片(42)和质量块(43)组成，压电薄片(42)粘贴在弹性基板 (41)上表面，质量块(43)布置在悬臂梁端部，压电悬臂梁(4)正中上表面与弹性盖板(1)上圆柱形杆件端面(13)胶结或焊接等；所述限位底板(2) 正中布置有矩形沉槽，沉槽面(21)正中布置有与弹性盖板(1)上圆柱形杆件端面(13)相对的距离小于30mm的凸块(22)；所述弹性盖板(1)、膜片弹簧板(3)和限位底板(2)依次叠放并胶结或焊接等。
所述压电悬臂梁(4)为压电薄片(42)对称粘贴在弹性基板(41)上下表面形成的双晶片压电振子。
使用时，将多块所述惯性式压电发电地板在同一平面内连接后形成阵列式结构，布置在街道、楼梯、商场和地铁等地供人们踩踏。当力作用在弹性盖板中部，压电悬臂梁经历从下降、撞击限位凸块、上升再到回到初始位置持续振动的过程，下降过程由于惯性压电悬臂梁中部向下弯曲，当下降到撞击限位凸块时，压电悬臂梁中部相对静止，压电悬臂梁两端由于质量块惯性产生短暂的持续振动，当脚步作用力撤销后，压电悬臂梁上升，由于惯性中部向上弯曲，当一直上升到初始位置时，压电悬臂梁中部相对静止，而两端由于质量块惯性的作用会使压电悬臂梁产生持续弯曲振动，直至下一次受外力踩踏再重复这四个过程。压电悬臂梁发电片在振动变形过程中的能量通过电路用电容采集起来，当它代替普通地板布置到人流量大的商场、地铁等地方时可以满足监测人流量用发电模块的自供电或发光地板的自供电等。

Claims (2)

1.一种惯性式压电发电地板，包括：弹性盖板(1)和限位底板(2)，其特征在于还包括膜片弹簧板(3)和压电悬臂梁(4)，其中：所述弹性盖板(1)底面正中布置有圆形沉槽，圆形沉槽面(11)正中布置有圆柱形杆件(12)；所述膜片弹簧板(3)正中布置有若干斜Z字形弹性梁和斜Z字形悬臂梁围成的膜片弹簧板通孔，弹性盖板(1)上的圆柱形杆件正中穿过膜片弹簧板通孔并使得斜Z字形弹性梁作用面(31)与弹性盖板(1)上的圆形沉槽面(11)接触；所述压电悬臂梁(4)由弹性基板(41)、压电薄片(42)和质量块(43)组成，压电薄片(42)粘贴在弹性基板(41)上表面，质量块(43)布置在悬臂梁端部，压电悬臂梁(4)正中上表面与弹性盖板(1)上圆柱形杆件端面(13)连接；所述限位底板(2)正中布置有矩形沉槽，沉槽面(21)正中布置有与弹性盖板(1)上圆柱形杆件端面(13)相对的并有一段距离的凸块(22)；所述弹性盖板(1)、膜片弹簧板(3)和限位底板(2)依次叠放并连接。
2.根据权利要求1所述的一种惯性式压电发电地板，其特征在于：所述压电悬臂梁(4)为压电薄片(42)对称粘贴在弹性基板(41)上下表面形成的双晶片压电振子。
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