TWI535179B - 壓電發電模組及其運用 - Google Patents

Description

壓電發電模組及其運用

本發明係有關於一種壓電發電模組及其運用，尤其是指一種運用於車輛上可產生電力供應的壓電發電模組，其係利用壓電元件本身的壓電效應(變形發電)特性，將車輛行駛之振動機械能轉換為電能，達成發電與供電的功效為首要發明應用者。

按，人們代步的交通工具中，自行車因為不需燃料也不會排放廢氣而造成環境汙染，因此符合目前節能減碳的環保觀念，不但使民眾接受以自行車取代汽機車成為代步的交通工具，同時也可做為休閒活動時運動健身的器材；由於在夜晚騎乘單車具有危險性，人們會在腳踏車上加裝警示燈，而常見的車燈是利用電池來當作電源，然而任意棄置的電池既不環保又會造成環境汙染。而目前盛行的風力發電，也被利用在車燈上，利用騎行時迎面來的風力就能驅動LED車燈，風力發電雖然是利用自然資源，但該裝置會使騎行時的阻力變大，也就更加費力。市售還有另一種使用軸心轉動發電，只要踩動，LED燈就會自動發亮，但要使亮度越亮，就需要更多的轉動圈數，表示騎行時需更加快速反而會使人更累。

因此，即有一種公告第M402807號一種具自行發電而發光警示的自行車外胎，係裝設於自行車車框上，包含：外胎本體，具有一內表面及一外表面，並成形有一底部及與該底部連接且相對之兩側部，該外胎本體組設於該自行車車框上；複數個發光裝置，包含一壓電材料連接一發光元件，該發光裝置呈間隔排列組設於該外胎本體，且該壓電材料組設於該外胎本體底部之內表面，藉此，行駛時該外胎本體之底部與地面接觸受重力而變形，俾使該壓電材料跟著產生形變，並據此產生一電力，供應給該發光元件。然而，上述構造將壓電片貼於輪胎，由於輪胎跟地面直接接觸，因此變形量無法控制，萬一接觸小坑洞，使得輪胎變形過大，將會導致壓電材料損壞。

緣是，發明人有鑑於此，秉持多年該相關行業之豐富設計開發及實際製作經驗，針對現有之結構及缺失再予以研究改良，提供一種壓電發電模組及其運用，以期達到更佳實用價值性之目的者。

本發明之壓電發電模組及其運用的主要目的係在改善現有結構易損壞的缺失，藉以利用壓電元件本身的壓電效應特性，來達成避震與發電的功效為目的者。

本發明之壓電發電模組及其運用的目的與功效係由以下之技術所實現：其主要將壓電發電模組對應組裝在車輛上，利用車輛所提供之軸向往復位移，使壓電模組內的壓電元件產生機械變形，而壓電元件因其特有的壓電效應可將變形的機械能轉換成電能，而使發電模組產生電力輸出。其中該壓電發電模組由一基殼內結合有壓電元件，且於壓電元件中央對應組設有一軸 段，再於軸段上套設有抵壓件來對應壓電元件，是以，將車輛所輸出的外力來驅使軸段位移，並讓抵壓件施以壓應力於壓電元件上，使該壓電元件受力(包含彎矩與撞擊)產生彈性變形以轉換成電力；藉此，經由壓電發電模組將獲得之機械能轉換成電能並供應車輛所使用，達到運用既有的智慧型材料於致動與電能間相互作動，而能獲得避震與發電的效能，具有低成本與高效率的優點者。

<本發明>

(1)‧‧‧壓電發電模組

(11)‧‧‧基殼

(111)‧‧‧嵌入端

(112)‧‧‧嵌組端

(12)‧‧‧壓電元件

(121)‧‧‧軸孔

(13)‧‧‧軸段

(131)‧‧‧凸鍵部

(132)‧‧‧鍵槽

(14)‧‧‧抵壓件

(2)‧‧‧儲能電路

(21)‧‧‧整流器

(22)‧‧‧電容元件

(3)‧‧‧發光元件

(A)‧‧‧座墊

(B)‧‧‧避震器

第一圖：本發明之分解示意圖

第二圖：本發明之立體局部剖視示意圖

第三圖：本發明之剖視示意圖

第四圖：本發明之動作示意圖

第五圖：本發明之另一實施例示意圖

第六圖：本發明之儲能電路示意圖

第七圖：本發明之使用狀態示意圖(坐墊)

第八圖：本發明之使用狀態示意圖(避震器)

為令本發明所運用之技術內容、發明目的及其達成之功效有更完整且清楚的揭露，茲於下詳細說明之，並請一併參閱所揭之圖式及圖號：首先，請參閱第一~三圖所示，為本發明壓電發電模組及其運用之立體分解、剖視示意圖，該壓電發電模組(1)主要包含有：一基殼(11)；一壓電元件(12)，其對應結合定位於基殼(11)內，且壓電元件(12)中央設有軸孔(121)； 一軸段(13)，係對應套組於壓電元件(12)軸孔(121)內，該軸段(13)為對應承接外部所輸入之外力，以產生位移變化；一抵壓件(14)，為對應套設在軸段(13)上，且對應抵掣在壓電元件(12)上端面者。

當於使用時，其該壓電發電模組(1)可為單一組來使用，或對應連結組裝複數組來儲蓄電能，以下說明之。

首先，請參閱第一~四圖所示，以一組壓電發電模組(1)為例，其係於上述基殼(11)內端面對應結合一壓電元件(12)，而其結合方式可採用槽嵌卡掣、膠合、焊接等方式均可，再讓軸段(13)以緊配合對應套組抵壓件(14)後，將其二者對應緊配於壓電元件(12)軸孔(121)內，如此，當軸段(13)接收外力之後，該軸段(13)呈現上下反覆位移，使抵壓件(14)抵掣壓電元件(12)，讓壓電元件(12)受外力變形而產生電荷，然而，所產生的電荷須經由連結電路儲能，即在壓電元件(12)上導接有儲能電路(2)，其儲能電路(2)包含有一將交流電轉直流電的整流器(21)及一穩壓且儲能的電容元件(22)，使得儲能電路(2)可以儲存電力並產生穩定的電力輸出〔如第六圖所示〕。

接續，請參閱第五圖所示，另一實施狀態為連結組裝複數壓電發電模組(1)時，其該壓電發電模組(1)之基殼(11)進一步在基殼(11)外部第一端形成嵌入端(111)，而其第二端形成嵌組端(112)，而其軸段(13)第一端設有凸鍵部(131)，第二端設有與凸鍵部(131)相互嵌組固定的鍵槽(132)；於組裝時，其每一壓電發電模組(1)均藉由上述單組組裝的方式完成，爾後，再將第一組壓電發電模組(1)對應第二組壓電發電模組(1)來組裝，以讓第二組壓電發電模組(1)之嵌入端(111)對應嵌卡在第一組壓電發電模組(1)嵌組端(112)內，同時， 第二組壓電發電模組(1)之軸段(13)的凸鍵部(131)對應嵌卡在第一組壓電發電模組(1)軸段(13)的鍵槽(132)內，如此，係可依序對應組裝複數組壓電發電模組(1)，當軸段(13)接收外力時可依序連動各組壓電發電模組(1)。而於兩相鄰設的壓電發電模組(1)中的壓電元件(12)係利用並聯方式連結，再對應導接儲能電路(2)，以讓各壓電發電模組(1)之壓電元件(12)受外力變形產生電荷後，經由儲能電路(2)之整流器(21)將交流電轉直流電，再經由電容元件(22)進行穩壓和儲能，完成儲能電路〔如第六圖所示〕。

然而，其壓電發電模組(1)的使用範圍很廣泛，只要能提供一反覆位移之動力處，即可利用該壓電發電模組(1)來儲能；而進一步而論，該壓電發電模組(1)對應使用於車輛上時，可儲蓄電力而用來供應車輛的照明電力或其他需微量電力處。以下再列舉數個對應組裝於車輛上的狀態，如下：請參閱第六~七圖所示，其一為設置於自行車座墊(A)下方處，其該壓電發電模組(1)之軸段(13)可接收騎車過程其座墊(A)所產生之反覆振動的週期性外力，當軸段接收週期性外力之後，該軸段(13)呈現上下往覆位移，使抵壓件(14)抵掣壓電元件(12)，讓壓電元件(12)受外力變形而產生電荷，然而，所產生的電荷須經由連結儲能電路(2)。儲能電路(2)包含了整流器(21)與電容元件(22)，其中整流器(21)可將交流電轉換成直流電，而電容元件(22)則具有穩壓及儲電功能，即電力充滿電容元件(22)後，該電容會慢慢釋放電力，達到較平穩電力輸出的效果，而該電容元件(22)也兼具有電池功用。因此，當儲能電路導接LED發光元件(3)時，可使LED發光元件(3)發光且在短時間內不會馬上熄滅。

請參閱第七~八圖所示，其二為將複數組壓電發電模組(1)對應組裝後作為車輛用的避震器(B)，而複數組壓電發電模組(1)的組裝方 式係如前所述，於此不再加以贅述；而作為車輛避震時，其前、後二組壓電發電模組(1)係分別對應與車輛上欲組裝避震器(B)的位置連結，如車架前叉避震器、後避震器等，而其各壓電發電模組(1)之壓電元件(12)利用並聯方式連結。當車輛行駛在非平整路面，並聯之壓電元件所產生之電荷經由儲能電路(2)之整流器(21)整流為直流電後，再經由電容元件(22)進行穩壓與儲能，完成穩定的電力輸出並供應車輛所需電力者。

然而前述之實施例或圖式並非限定本發明之產品結構或使用方式，任何所屬技術領域中具有通常知識者之適當變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之專利範疇。

藉由上述可知，本發明之組成與使用實施說明相較於一般現有結構，我們可以知道壓電發電模組及其運用，具有下列幾項優點，如下：

1.本發明壓電發電模組及其運用，藉以利用壓電元件本身的變形儲能特性，來達成發電與供電的功效者。

2.本發明壓電發電模組及其運用，同上述，不僅環保也具有低成本、高效率的優點，完成一套具有環保能源的系統。

3.本發明壓電發電模組及其運用，藉以加上開關、結合充電電池充放電，在需要的時後放電照明，在不需要照明時讓電池充電，達到應用於電動自行車上的優點。

4.本發明壓電發電模組及其運用，藉以運用組裝於車輛座墊或避震器上來作為發光照明或供應車輛所需電力，達到節省電力支出與環保功效者。

綜上所述，本發明實施例確能達到所預期之使用功效，又其所揭露之具體構造，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全 符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

(1)‧‧‧壓電發電模組

(11)‧‧‧基殼

(111)‧‧‧嵌入端

(112)‧‧‧嵌組端

(12)‧‧‧壓電元件

(121)‧‧‧軸孔

(13)‧‧‧軸段

(131)‧‧‧凸鍵部

(132)‧‧‧鍵槽

(14)‧‧‧抵壓件

Claims (8)

1. 一種壓電發電模組，其包含有：一基殼；一壓電元件，其對應結合定位於基殼內，且壓電元件中央設有軸孔；一軸段，係對應套組於壓電元件軸孔內，該軸段為對應承接外部所輸入之外力，以產生位移變化；一抵壓件，為對應套設在軸段上，且對應抵掣在壓電元件上端面者。
2. 如申請專利範圍第1項所述之壓電發電模組，其中該壓電發電模組進一步呈複數組對應嵌設組裝，其係在基殼外部第一端形成嵌入端，而其第二端形成與嵌入端相互嵌卡的嵌組端，而其軸段第一端設有凸鍵部，軸段第二端設有與凸鍵部相互嵌組固定的鍵槽者。
3. 如申請專利範圍第1項所述之壓電發電模組，其中該壓電元件對應導接一儲存電力的儲能電路，其儲能電路包含有一將交流電轉直流電的整流器及一穩壓與儲能的電容元件者。
4. 如申請專利範圍第2項所述之壓電發電模組，其中將兩相鄰設的壓電發電模組中的壓電元件以並聯方式連結，且對應導接一儲存電力的儲能電路，其儲能電路包含有一將交流電轉直流電的整流器及一穩壓與儲能的電容元件者。
5. 一種壓電發電模組的運用，為申請專利範圍第2項的運用，其中係將數壓電發電模組設置於自行車座墊下方處，該些壓電發電模組之軸段可接收騎車過程該座墊所產生之反覆振動的週期性外力，讓壓電發電模組中之壓電元件變形集能者。
6. 一種壓電發電模組的運用，為申請專利範圍第2項的運用，其中係將數壓電發電模組設置於自行車上作為車輛用的避震器，該些壓電發電模組之軸段可接收騎車過程所產生之反覆振動的週期性外力，讓數壓電發電模組產生車輛避震效果與集能者。
7. 如申請專利範圍第5或6項所述之壓電發電模組的運用，其中該壓電元件對應導接一儲存電力的儲能電路，其儲能電路包含有一將交流電轉直流電的整流器及一穩壓與儲能的電容元件者。
8. 如申請專利範圍第5或6項所述之壓電發電模組的運用，其中將兩相鄰設的壓電發電模組中的壓電元件以並聯方式連結，且對應導接一儲存電力的儲能電路，其儲能電路包含有一將交流電轉直流電的整流器及一穩壓與儲能的電容元件者。