CN212066424U

CN212066424U - 一种新型绿色发电储能地毯

Info

Publication number: CN212066424U
Application number: CN202020299276.5U
Authority: CN
Inventors: 陈帅甫; 王海旺; 黄谦; 唐新峰; 王冠琦; 沈嘉豪; 高德宽; 刘可凡
Original assignee: Northeastern University Qinhuangdao Branch
Current assignee: Northeastern University Qinhuangdao Branch
Priority date: 2020-03-12
Filing date: 2020-03-12
Publication date: 2020-12-04
Anticipated expiration: 2030-03-12

Abstract

本实用新型的一种新型绿色发电储能地毯，包括：从上至下布置的上纤维层、上橡胶层、多个阵列布置的压电陶瓷模块、下橡胶层和下纤维层；压电陶瓷模块包括从上至下设置的上金属片、上压电陶瓷片、间隔橡胶垫、下压电陶瓷片和下金属片；多个上压电陶瓷片和下压电陶瓷片依次串联后构成电流输入端，电流输入端并联第一电容和第一电感构成压电陶瓷发电单元，压电陶瓷发电单元依次连接整流电路、超级电容电路和稳压供电电路以向用电器供电。本实用新型运用压电陶瓷的正压电效应将人走动时的机械能转化为电能，通过压电陶瓷发单元、整流电路、超级电容电路、稳压供电电路将电能进行收集，可应用于家用小功率电器及公共场合应急灯等应急设施。

Description

一种新型绿色发电储能地毯

技术领域

本实用新型涉及压电技术领域，涉及一种新型绿色发电储能地毯。

背景技术

压电陶瓷发电的优点在于其发电装置结构简单、环保无污染、能量密度大、具有较强的免维护性等特点，并且压电陶瓷本身加工制造工艺简单，价格低廉。因此，压电成为了一种新兴的供电方式。当前国内外对压电材料的应用主要是利用其制作蜂鸣器、传感器等。在发电方面主要是利用其制作发电装置，比如压电发电机，而直接利用其发出的电能的产品还比较少。对于压电陶瓷内部隐藏的这部分能量如何有效利用也成了一个新的研究课题。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种新型绿色发电储能地毯，运用压电陶瓷的正压电效应将人走动时的机械能转化为电能，可向家用小功率电器及公共场合应急灯等应急设施供电。

本实用新型的一种新型绿色发电储能地毯，包括：从上至下布置的上纤维层、上橡胶层、多个阵列布置的压电陶瓷模块、下橡胶层和下纤维层；所述压电陶瓷模块包括从上至下设置的上金属片、上压电陶瓷片、间隔橡胶垫、下压电陶瓷片和下金属片；多个压电陶瓷模块的上压电陶瓷片和下压电陶瓷片依次串联连接后构成电流输入端，电流输入端并联第一电容和第一电感构成压电陶瓷发电单元，所述压电陶瓷发电单元依次连接整流电路、超级电容电路和稳压供电电路以向用电器供电。

进一步的，所述整流电路为由第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管组成的桥式整流电路；第一二极管的负极连接第二二极管的正极，第三二极管的负极连接第四二极管的正极，第一二极管的正极连接第三二极管的正极，第二二极管的负极连接第四二极管的负极；第一电容的一端连接第一二极管的负极，第一电容的另一端连接第三二极管的负极。

进一步的，所述超级电容电路包括：第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第五二极管、第六二极管、第七二极管和第一稳压二极管；所述第二电容与桥式整流电路并联连接，即第二电容的一端连接第二二极管的负极，第二电容的二端连接第一二极管的正极；所述第六二极管和第四电容串联后再与第二电容并联连接，第五电容、第一稳压二极管和第六电容都与第二电容并联；第二电容的第一端通过第三电容与第六二极管的负极连接，第五二极管的正极与第二电容第一端连接，第五二极管的负极与第六二极管的正极连接；第七二极管的正极连接第六二极管的负极，第七二极管的负极分别与第五电容的第一端、第一稳压二极管的负极和第六电容的第一端连接，第五电容的第二端、第一稳压二极管的正极和第六电容的第二端与第二电容的第二端连接并接地。

进一步的，所述稳压供电电路包括：第一电阻、三极管和第二稳压二极管；三极管的集电极与第六电容的第一端连接，基极与第二稳压二极管的负极连接，第二稳压二极管的正极与第六电容的第二端连接，第一电阻一端与三极管的集电极连接，另一端与三极管的基极连接；三极管的发射极和第二稳压二极管的正极组成电流输出端。

进一步的，多个上压电陶瓷片依次串联后再与多个依次串联的下压电陶瓷片串联连接进而构成电流输入端。

进一步的，所述第一电容、第一电感、整流电路、超级电容电路和稳压供电电路集成在供电板上，设置于上纤维层外部并通过导线与电流输入端连接。

进一步的，所述供电板外部封装有保护壳。

本实用新型的一种新型绿色发电储能地毯，运用压电陶瓷的正压电效应将人走动时的机械能转化为电能，通过压电陶瓷发电装置、整流装置、超级电容装置、稳压供电装置将电能进行收集与利用，更大的拓宽了压电陶瓷的市场和应用面。本实用新型的发电储能地毯具有节能、环保、无污染等特点，迎合了现在绿色发展的时代主题。该发电储能地毯结构简单、投入成本低、运输方便和使用范围广，可应用于商场等人流量较大的场所的应急供电，也可以用于家用小功率电器。

附图说明

图1是本实用新型的一种新型绿色发电储能地毯的结构示意图；

图2是本实用新型的一种新型绿色发电储能地毯的电路框图；

图3是本实用新型的一种新型绿色发电储能地毯的电路原理图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型的一种新型绿色发电储能地毯，包括：从上至下布置的上纤维层1、上橡胶层3、多个阵列布置的压电陶瓷模块、下橡胶层4和下纤维层2。所述压电陶瓷模块包括从上至下设置的上金属片51、上压电陶瓷片53、间隔橡胶垫55、下压电陶瓷片54和下金属片52。多个压电陶瓷模块的上压电陶瓷片53和下压电陶瓷片54依次串联连接后构成电流输入端，电流输入端并联第一电容C1和第一电感L1构成压电陶瓷发电单元10，所述压电陶瓷发电单元10依次连接整流电路20、超级电容电路30和稳压供电电路40以向用电器供电。

如图3所示，所述整流电路20为由第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4组成的桥式整流电路。第一二极管D1的负极连接第二二极管D2的正极，第三二极管D3的负极连接第四二极管D4的正极，第一二极管D1的正极连接第三二极管D3的正极，第二二极管D2的负极连接第四二极管D4的负极；第一电容C1的一端连接第一二极管D1的负极，第一电容C1的另一端连接第三二极管D3的负极。

所述超级电容电路30包括：第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7和第一稳压二极管D8。所述第二电容C2与桥式整流电路并联连接，即第二电容C2的一端连接第二二极管管D2的负极，第二电容C2的二端连接第一二极管D1的正极。

所述第六二极管D6和第四电容C4串联后再与第二电容C2并联连接，第五电容C5、第一稳压二极管D8和第六电容C6都与第二电容C2并联；第二电容C2的第一端通过第三电容C3与第六二极管D6的负极连接，第五二极管D5的正极与第二电容C2第一端连接，第五二极管D5的负极与第六二极管D6的正极连接；第七二极管D7的正极连接第六二极管D6的负极，第七二极管D7的负极分别与第五电容C5的第一端、第一稳压二极管D8的负极和第六电容C6的第一端连接，第五电容C5的第二端、第一稳压二极管D8的正极和第六电容C6的第二端与第二电容C2的第二端连接并接地。

所述稳压供电电路40包括：第一电阻R1、三极管Q1和第二稳压二极管D9；三极管Q1的集电极与第六电容C6的第一端连接，基极与第二稳压二极管D9的负极连接，第二稳压二极管D9的正极与第六电容C6的第二端连接，第一电阻R1一端与三极管Q1的集电极连接，另一端与三极管Q1的基极连接；三极管Q1的发射极和第二稳压二极管D9的正极组成电流输出端。

具体实施时，多个上压电陶瓷片依次串联后再与多个依次串联的下压电陶瓷片串联连接进而构成电流输入端。

具体实施时，所述第一电容C1、第一电感L1、整流电路20、超级电容电路30和稳压供电电路40集成在供电板上，设置于上纤维层外部并通过导线与电流输入端连接。所述供电板外部封装有保护壳。

多个上压电陶瓷片、下压电陶瓷片的串联导线以及与供电板连接的导线可以设置于多个阵列布置的压电陶瓷模块的缝隙中，也可在橡胶垫中构造出导线路径，再放置导线

压电陶瓷最大的特点就是具有压电效应，压电效应分为两种：一是正压电效应，二是逆压电效应。正压电效应是指当外界给予陶瓷片一定作用力时陶瓷片会产生振动，此时在作用面两端产生电势差，形成电流。本实用新型的发电储能地毯是一种地毯式压电陶瓷发电装置，压电陶瓷发电的方式有多种，地毯式发电装置利用的是强制振动式发电，通过人在地毯上的走动对陶瓷片施加振幅迫使陶瓷片产生弯曲变形获得能量，此时便会产生电压电流，电压电流的大小与人的作用力大小成正比关系。压电陶瓷产生的是高电压低电流，不便于电能的收集。为使发电装置在较小的激励强度下具有较强的电流输出，本实用新型的压电陶瓷模块包括上压电陶瓷片和下压电陶瓷片，并分别在上压电陶瓷片和下压电陶瓷片的外侧设置薄的上金属片和下金属片以增加导电性。上压电陶瓷片和下压电陶瓷片之间设置间隔橡胶垫起到缓冲作用，防止相对设置的上压电陶瓷片和下压电陶瓷片局部受力过大而破裂。由于压电陶瓷片产生的电流较小，不能直接为一些设备提供动力，必须对其进行电能的收集，故在实际应用中采用超级电容电路进行储电并且对输出端进行电路优化。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型的思想，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

1.一种新型绿色发电储能地毯，其特征在于，包括：从上至下布置的上纤维层、上橡胶层、多个阵列布置的压电陶瓷模块、下橡胶层和下纤维层；所述压电陶瓷模块包括从上至下设置的上金属片、上压电陶瓷片、间隔橡胶垫、下压电陶瓷片和下金属片；多个压电陶瓷模块的上压电陶瓷片和下压电陶瓷片依次串联连接后构成电流输入端，电流输入端并联第一电容和第一电感构成压电陶瓷发电单元，所述压电陶瓷发电单元依次连接整流电路、超级电容电路和稳压供电电路以向用电器供电。

2.如权利要求1所述的新型绿色发电储能地毯，其特征在于，所述整流电路为由第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管组成的桥式整流电路；第一二极管的负极连接第二二极管的正极，第三二极管的负极连接第四二极管的正极，第一二极管的正极连接第三二极管的正极，第二二极管的负极连接第四二极管的负极；第一电容的一端连接第一二极管的负极，第一电容的另一端连接第三二极管的负极。

3.如权利要求2所述的新型绿色发电储能地毯，其特征在于，所述超级电容电路包括：第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第五二极管、第六二极管、第七二极管和第一稳压二极管；所述第二电容与桥式整流电路并联连接，即第二电容的一端连接第二二极管的负极，第二电容的二端连接第一二极管的正极；

所述第六二极管和第四电容串联后再与第二电容并联连接，第五电容、第一稳压二极管和第六电容都与第二电容并联；第二电容的第一端通过第三电容与第六二极管的负极连接，第五二极管的正极与第二电容第一端连接，第五二极管的负极与第六二极管的正极连接；第七二极管的正极连接第六二极管的负极，第七二极管的负极分别与第五电容的第一端、第一稳压二极管的负极和第六电容的第一端连接，第五电容的第二端、第一稳压二极管的正极和第六电容的第二端与第二电容的第二端连接并接地。

4.如权利要求3所述的新型绿色发电储能地毯，其特征在于，所述稳压供电电路包括：第一电阻、三极管和第二稳压二极管；三极管的集电极与第六电容的第一端连接，基极与第二稳压二极管的负极连接，第二稳压二极管的正极与第六电容的第二端连接，第一电阻一端与三极管的集电极连接，另一端与三极管的基极连接；三极管的发射极和第二稳压二极管的正极组成电流输出端。

5.如权利要求1所述的新型绿色发电储能地毯，其特征在于，多个上压电陶瓷片依次串联后再与多个依次串联的下压电陶瓷片串联连接进而构成电流输入端。

6.如权利要求1所述的新型绿色发电储能地毯，其特征在于，所述第一电容、第一电感、整流电路、超级电容电路和稳压供电电路集成在供电板上，设置于上纤维层外部并通过导线与电流输入端连接。

7.如权利要求6所述的新型绿色发电储能地毯，其特征在于，所述供电板外部封装有保护壳。