CN208386442U

CN208386442U - 一种减速带发电装置

Info

Publication number: CN208386442U
Application number: CN201821108903.1U
Authority: CN
Inventors: 竹涛; 张书庆; 边文璟; 张久松
Original assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Current assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date: 2017-11-10
Filing date: 2018-07-13
Publication date: 2019-01-15
Anticipated expiration: 2028-07-13

Abstract

本实用新型公开了一种减速带发电装置，装置包括压电发电装置和储能装置。压电发电装置包括至少一个压电发电单元。压电发电单元包括减速带、压力扩增器、压电材料和内部带凹槽的箱体。减速带、压力扩增器和压电材料自上而下依次放置在箱体中。压电材料通过连接线路与储能装置相连。压电发电装置包括依次相连形成带状道路减速带的若干个压电发电单元。若干个压电发电单元的压电材料通过连接线路呈并联和/或串联连接。装置还包括升压电路板，升压电路板设置在储能装置与压电材料之间。本实用新型具有结构简单、发电质量可靠性高等优点。

Description

一种减速带发电装置

技术领域

本实用新型涉及一种减速带发电装置，属于节能环保领域的压电发电技术领域。

背景技术

减速带是行车道路上一种特殊的突起设施，当车辆通过时，由于可能产生的剧烈机械振动，使得驾驶员自觉降速行驶，从而保证道路行车安全。而该机械振动往往是一种能量。由于我国道路总长度长且机动车保有量巨大，这无疑是一种潜在的能源。尤其是在公交车站附近，一方面需要电源来供公交车站指示站牌做照明便利群众出行，另一方面车辆过公交车站时候也需要减速慢行来保障安全。

专利文献CN204551316（2015.08.12）提出了一种包括减速带、减速带感应器、压电薄膜、蒸镀金属电极、储能电路板和LED发光管等部件的自发电减速带，其压电薄膜采用PVDF材料。专利文献CN105089957A（2015.11.25）公开了一种由齿轮、曲轴等组成的路面减速带发电装置。专利文献CN205047378U（2016.02.24）提出的减速带发电装置，包括需要在减速带下侧道路内设置的发电组件放置空间，其发电组件包括弹簧、磁铁和线圈。专利文献CN105743203A（2016.07.06）公开了一种能量回收型减速带装置，包括压电减速块装置、光伏发电装置、LED灯源等装置。专利文献CN105871251A（2016.08.17）公开了一种利用减速带振动压电发电的交通预警系统及其方法，提出利用压电俘能装置、储能装置等装置采集和存储电荷为安全警示装置供电，其压电俘能装置包括至少一个设置在减速带基座侧面或顶部的钹型压电俘能装置。

可以看出，各文献都努力在减速带的基础上增加发电装置，以期将汽车的动能和重力势能转化成电能，进行能源回收利用。这些技术或存在成本高、维护不便，或能量转化效率不高、发电质量稳定性有待提高的局限性。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种减速带发电装置，通过减速带发电、升压储能，提高减速带发电参数，使得发电质量可靠性提高。

本实用新型通过如下技术方案实现：

一种减速带发电装置，所述装置包括压电发电装置和储能装置；所述压电发电装置包括至少一个压电发电单元，所述压电发电单元包括减速带、压力扩增器、压电材料和内部带凹槽的箱体；所述减速带、压力扩增器和压电材料自上而下依次放置在所述箱体中；所述压电材料通过连接线路与所述储能装置相连。

压电发电装置包括若干个压电发电单元，所述若干个压电发电单元依次相连形成带状道路减速带，所述若干个压电发电单元的压电材料通过连接线路呈并联和/或串联连接。

所述装置还包括升压电路板，所述升压电路板设置在所述储能装置与所述压电材料之间。

上述技术方案中，所述升压电路板与所述储能装置一起设置在所述箱体的下方或侧面。

另一种技术方案是，升压电路板与所述储能装置设置在最末一个压电发电单元的箱体的侧面。

所述装置还包括测控装置，所述测控装置设置在箱体外；所述测控装置包括信号发生器、位移传感器、电荷放大器、调压板、采集卡和处理器；所述位移传感器和电荷放大器分别与所述压电材料相连，分别检测压电材料变形量和压电材料变形所产生的电荷量。

本实用新型具有以下优点及有益效果：通过压力扩增器和箱体的应用，充分利用了汽车在减速带上产生的压力；升压电路使得电流参数可调，加上多个压电发电单元的串并联使用，提高了发电质量。

附图说明

图1为本实用新型所涉及的其中一种实施方式的一种减速带发电装置示意图。

图2为本实用新型所涉及一种减速带发电装置的多个压电发电单元布置示意图。

图中：1－压电发电单元；11－减速带；12－压力扩增器；13－压电材料；14－箱体；2－升压电路；3－测控装置；4－储能装置。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。

本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。

本实用新型提供了一种减速带发电装置，能够将汽车通过减速带时产生的压力转化成电能，供给路边的用电设施，包括站牌照明、应急移动设备充电或其它电器。

如图1所示，减速带发电装置包括压电发电装置和储能装置4。压电发电装置包括至少一个压电发电单元1，压电发电单元1包括减速带11、压力扩增器12、压电材料13和内部带凹槽的箱体14。减速带11、压力扩增器12和压电材料13自上而下依次放置在箱体14中，箱体14设置在路面上。压电材料13通过连接线路与储能装置4相连。储能装置4包括储能电路板和和与储能电路板连接的蓄电池。

作为一种优选方案，减速带材质选用PVDF材料，PVDF是目前压电性能最优的压电材料之一，是一种新型薄膜状换能材料。当前使用最多的压电材料是压电陶瓷和发电橡胶，但是压电陶瓷易损坏、发电陶瓷成本高昂且技术相对不是很成熟。PVDF材料具有质地轻软、可绕性好、压电特性好、声阻抗小、频率响应宽、介电常数小、耐冲击性强以及便于加工成任意形状等优点。

汽车通过减速带时，汽车的动能转化为重力势能对减速带11产生向下的压力，减速带11产生形变从而带动下方的压力扩增器12受力变形，同时压电材料13的上表面受到压力扩增器12向下的压力，进行一次压电发电。压力扩增器是通过设置上下两个或多个不同容积的气腔，且位于上部的气腔容积大于位于下部的气腔容积，从而出现气体体积变小而压力增加，这样传递到压电材料的压力也增大，从而实现压力的放大。压力扩增器12的使用，增强了汽车产生的压力，使得可用功增大，进而使得压电材料13可利用的压力增加，发电量提升。此外，汽车通过减速带11时，压缩箱体14内空气，作用于压电材料13，产生的压力进行二次发电，大大提高了压电材料的发电效率。压电材料13产生的电流进入储能装置4进行转化存储，然后通过蓄电池供给用电器件。

在这个过程中，由于压电材料13振动产生的交流电电压大约为1V，减速带发电装置还包括升压电路板2，升压电路板2设置在储能装置4与压电材料13之间。压电材料13产生的电流通过升压电路板2升压后达到储能电路板输入电压要求，储能电路板开始工作，形成稳定的电压对蓄电池充电。此时，升压电路板2与储能装置4一起设置在箱体14的下方或侧面。

通常而言，压电发电装置包括若干个压电发电单元1，若干个压电发电单元1依次相连形成带状道路减速带，如图2所示。必要时候，还可以并列设置两排压电发电单元。一方面，为了增加压电发电装置的安全性，若干个压电发电单元1的压电材料13通过连接线路呈并联连接；另一方面，为了增大电流输出参数，压电材料13往往需要用两个或两个以上串联使用。并联时，输出电荷量大、电容大、时间常数大，适宜缓变信号作用和以电荷输出的场合；串联时，输出电压大、电容小、时间常数小，适宜高频信号作用和以电压输出的场合。因此，压电材料13的连接既有串联方式，也同时存在着并联方式。

其中一种实施方式是，压电材料13与升压电路板2连接后，若干个压电材料13再并联或者串联与储能装置4相连。此时，升压电路板2可以设置在箱体14内。

另一种实施方式是，若干个压电材料13并联或串联后再依次与升压电路板2和储能装置4相连。此时，升压电路板2可以与储能装置4设置在最末一个压电发电单元1的箱体14的侧面。

减速带发电装置还可以包括测控装置3。测控装置3包括信号发生器、位移传感器、电荷放大器、调压板、采集卡和处理器。位移传感器和电荷放大器分别与压电材料13相连，分别检测压电材料变形量和压电材料变形所产生的电荷量。

测控装置的工作原理为：由功率放大器和高能激振器组成的信号发生器输出一个频率及振幅可调的正弦激励，为压电材料提供激励源，然后经位移传感器（霍尔位移传感器）和电荷放大器分别检测压电材料变形量和压电材料变形所产生的电荷量，并用测试系统工作框图电阻分压的方法把压电材料产生的输出电压调整到采集卡允许的输入电压范围。然后使用数据采集卡对三路信号进行采集，最后利用采集软件进行数据的采集、存储、处理等。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种减速带发电装置，其特征在于：所述装置包括压电发电装置和储能装置（4）；所述压电发电装置包括至少一个压电发电单元（1），所述压电发电单元（1）包括减速带（11）、压力扩增器（12）、压电材料（13）和内部带凹槽的箱体（14）；所述减速带（11）、压力扩增器（12）和压电材料（13）自上而下依次放置在所述箱体（14）中；所述压电材料（13）通过连接线路与所述储能装置（4）相连。

2.根据权利要求1所述的一种减速带发电装置，其特征在于：所述压电发电装置包括若干个压电发电单元（1），所述若干个压电发电单元（1）依次相连形成带状道路减速带，所述若干个压电发电单元（1）的压电材料（13）通过连接线路呈并联和/或串联连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种减速带发电装置，其特征在于：所述装置还包括升压电路板（2），所述升压电路板（2）设置在所述储能装置（4）与所述压电材料（13）之间。

4.根据权利要求3所述的一种减速带发电装置，其特征在于：所述升压电路板（2）与所述储能装置（4）一起设置在所述箱体（14）的下方或侧面。

5.根据权利要求3所述的一种减速带发电装置，其特征在于：所述升压电路板（2）与所述储能装置（4）设置在最末一个压电发电单元（1）的箱体（14）的侧面。

6.根据权利要求1所述的一种减速带发电装置，其特征在于：所述装置还包括测控装置（3），所述测控装置（3）设置在所述箱体（14）外；所述测控装置（3）包括信号发生器、位移传感器、电荷放大器、调压板、采集卡和处理器；所述位移传感器和电荷放大器分别与所述压电材料（13）相连，分别检测压电材料变形量和压电材料变形所产生的电荷量。

7.根据权利要求1所述的一种减速带发电装置，其特征在于：所述减速带材质选用PVDF材料。