一種基于壓電材料的發(fā)電裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于壓電材料的發(fā)電裝置，該裝置是由頂板1、支座2、拱形支持片3、壓電片4、底板5、定位栓6和定位孔7組成。拱形支持片3為具有折面11、折面12和折面13三個折面，其中折面11和折面13為平面，折面12為弧形曲面；上下兩片相同形狀的拱形支持片3用粘膠8牢固粘貼或焊接或用螺絲9固定連接為雙拱支持片結(jié)構(gòu)；每片拱形支持片3上貼有若干壓電片4，并組成一個基本發(fā)電單元，每個基本發(fā)電單元分別放置于支座2的凹槽中，每一個發(fā)電單元和支座2內(nèi)部的凹槽尺寸相匹配，每個發(fā)電單元用導(dǎo)線連接。頂板1兩端與支座2之間是由定位栓6與定位孔7相匹配連接，其中定位栓6上套有彈簧用于頂板的復(fù)位，底板5與支座2之間為固定連接。
【專利說明】—種基于壓電材料的發(fā)電裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用人踩踏、步行、跳躍及各種車輛行駛產(chǎn)生的地面形變來發(fā)電的發(fā)電裝置，屬于新型能源【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來利用壓電材料進(jìn)行能量收集的研究越來越受到人們的關(guān)注，。利用壓電材料進(jìn)行能量收集就是依靠外界振動或壓力使壓電材料產(chǎn)生變形而產(chǎn)生電能，由于可利用的振動源或壓力供給源無處不在，因此這種方式的能量收集技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用場景。另外，利用壓電材料制作的壓電發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，成本低，可大型化批量生產(chǎn)。
[0003]中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究羅豪甦等人報道了金屬帽形狀的鐃鈸及彎月結(jié)構(gòu)的發(fā)電地板并申請了相應(yīng)的發(fā)明專利，然而金屬帽形狀的鐃鈸結(jié)構(gòu)或彎月結(jié)構(gòu)具有力學(xué)彈性形變量小，對較小外力的激勵不是十分敏感的問題，從而制約發(fā)電地板的發(fā)電效率。本發(fā)明提出一種新型結(jié)構(gòu)的發(fā)電裝置，它具有對較小外力敏感的特點，能夠高效地將人體或車輛或動物移動時在地面產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)換為電能，實現(xiàn)了通常被廢棄的能量高效回收再利用，并且不產(chǎn)生有毒或有害物質(zhì)的排放，符合了國家環(huán)境保護(hù)的可持續(xù)發(fā)展的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供了一種基于壓電材料制作的采集人體或車輛或物體移動及運動時產(chǎn)生的機械能并轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電裝置，該裝置中的發(fā)電結(jié)構(gòu)單元是采用了雙拱結(jié)構(gòu)，形變量大，對較小外力的激勵也十分敏感，從而大幅度提高發(fā)電效率。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:一種基于壓電材料的發(fā)電裝置，該裝置是由頂板1、支座2、拱形支持片3、壓電片4、底板5、定位栓6和定位孔7組成。拱形支持片3是采用彈性較好的金屬或者合金材料，并具有折面11、折面12和折面13三個折面，其中折面11和折面13為平面，折面12為弧形曲面；上下兩片相同形狀的拱形支持片3用粘膠8牢固粘貼或焊接或用螺絲9固定連接為雙拱支持片結(jié)構(gòu)；每片拱形支持片3上貼有若干壓電片4,并組成一個基本發(fā)電單兀,每個基本發(fā)電單兀分別放置于支座2的凹槽中，每一個發(fā)電單元和支座2內(nèi)部的凹槽尺寸相匹配，每個發(fā)電單元用導(dǎo)線連接。頂板I兩端與支座2之間是由定位栓6與定位孔7相匹配連接，其中定位栓6上套有彈簧用于頂板的復(fù)位，底板5與支座2之間為固定連接。本發(fā)明是根據(jù)地板的尺寸以及結(jié)構(gòu)單元的個數(shù)用串并聯(lián)混合方式，從而使得輸出功率最大，再用接口電路對發(fā)電地板產(chǎn)生的電壓進(jìn)行整流和穩(wěn)壓。
[0006]上述基于壓電材料的發(fā)電裝置，其頂板I采用木質(zhì)材料或者瓷磚材料或者聚合物材料。
[0007]上述基于壓電材料的發(fā)電裝置，其定位栓6上的彈簧為緩沖和復(fù)位的組件。
[0008]上述基于壓電材料的發(fā)電裝置，其壓電片4采用壓電陶瓷或者壓電復(fù)合材料或者壓電高分子材料，結(jié)構(gòu)單元的形狀為矩形。[0009]上述基于壓電材料的發(fā)電裝置，其支持片3成對使用，連接成雙拱結(jié)構(gòu)。
[0010]上述基于壓電材料的發(fā)電裝置，其支持片3用彈性較好的金屬或者合金材料來制作。
[0011]上述基于壓電材料的發(fā)電裝置，其頂板I上的定位栓6和支座2上的定位孔I的尺寸相匹配。
[0012]上述基于壓電材料的發(fā)電裝置，其中每一個發(fā)電單元和支座2內(nèi)部的凹槽尺寸相匹配。
[0013]有益效果:
[0014]本發(fā)明在發(fā)電裝置中采用一種雙拱片結(jié)構(gòu)來夾持壓電材料，該結(jié)構(gòu)可把夾持片所受到的壓力很好的傳遞給壓電材料，大幅提高了壓電材料對微小振動或外力的敏感度從而提高了發(fā)電效率，該結(jié)構(gòu)簡單、新穎，制作方便，可以用于多種場所并能取得很好的效果，是一種新型實用能源技術(shù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]標(biāo)識說明:1-頂板；2-支座；3_支持片；4_壓電片；5-底板；6_定位栓；11_折面；12-折面；13-折面。
[0017]圖2為本發(fā)明頂板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]標(biāo)識說明:1-頂板；6_定位栓。
[0019]圖3為本發(fā)明支座的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]標(biāo)識說明:2-支座；7-定位孔。
[0021]圖4為本發(fā)明壓電材料極化方向的示意圖。
[0022]標(biāo)識說明:4_壓電片；10_電極材料；圖中箭頭表示極化方向。
[0023]圖5為本發(fā)明雙拱夾持片結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0024]標(biāo)識說明:(a)表示粘貼或焊接而成的雙拱結(jié)構(gòu)；(b)表示為粘貼或焊接而成的雙拱結(jié)構(gòu)的立體示意圖；(c)表示為螺絲固定而成的雙拱結(jié)構(gòu)；3_支持片；8_粘膠；9_螺絲。
[0025]圖6為本發(fā)明雙拱發(fā)電單元的示意圖。
[0026]標(biāo)識說明:(a)表不壓電片在雙拱夾持片結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)；(b)表不壓電片在雙拱夾持片結(jié)構(gòu)的外側(cè)；(c )表示壓電片在雙拱夾持片結(jié)構(gòu)的兩側(cè)4-壓電片。
[0027]圖7為本發(fā)明發(fā)電裝置的整體結(jié)構(gòu)狀態(tài)圖。
[0028]圖8為本發(fā)明能量回收電路的示意圖。
【具體實施方式】
[0029]以下結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明創(chuàng)造作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0030]本發(fā)明是將壓電發(fā)電裝置安裝在人行通道上，特別是人流量大的車站、地鐵站、教學(xué)樓、商場、超市通道上和歌舞廳等地面上，收集人們行走時對于地面的作用力發(fā)電，并蓄積加以利用。
[0031]【具體實施方式】包括如下:
[0032]如圖1至圖8所示，本發(fā)明提供了一種基于壓電材料的發(fā)電裝置，該裝置是由頂板1、支座2、支持片3、壓電片4、底板5、定位栓6和定位孔7組成。整個裝置的結(jié)構(gòu)單元是由若干發(fā)電單元疊加形成。頂板I兩端與支座2之間由定位栓6與定位孔7相匹配連接，每兩片拱形的支持片3用粘膠8或螺絲9牢固粘貼或焊接或用螺絲固定構(gòu)成一個發(fā)電單元；所述每片支持片3上貼有若干壓電片4，每個壓電片4用導(dǎo)線串聯(lián)或者并聯(lián)，每個發(fā)電單元用導(dǎo)線連接。底板5兩端與支座2之間固定連接。定位栓6尺寸與定位孔7相互吻合,定位栓6上有彈簧以便收縮緩沖復(fù)位。
[0033]上述基于壓電材料的發(fā)電裝置，其頂板I采用木質(zhì)材料或者瓷磚材料或者聚合物材料。
[0034]上述基于壓電材料的發(fā)電裝置，其定位栓6上的彈簧為緩沖和復(fù)位的組件。
[0035]上述基于壓電材料的發(fā)電裝置，其壓電片4采用壓電陶瓷、壓電復(fù)合材料或者壓電高分子材料，結(jié)構(gòu)單元的形狀為矩形。
[0036]上述基于壓電材料的發(fā)電裝置，其支持片3成對使用并固定成雙拱結(jié)構(gòu)。
[0037]上述基于壓電材料的發(fā)電裝置，其支持片3用彈性較好的金屬或者合金材料來制作。
[0038]上述基于壓電材料的發(fā)電裝置，其頂板I上的定位栓6和支座2上的定位孔I的尺寸相匹配。
[0039]上述基于壓電材料的發(fā)電裝置，其中每一個發(fā)電單元和支座2內(nèi)部的凹槽尺寸相匹配。
[0040]本發(fā)明當(dāng)?shù)孛嬲饎踊蛘呤艿綌D壓時，該發(fā)電裝置中的頂板I受到擠壓向下運動，定位栓6上的彈簧收縮，定位栓6進(jìn)入定位孔7從而使得頂板I擠壓支持片3，支持片3上的壓電片4發(fā)生形變從而產(chǎn)生達(dá)到發(fā)電效果，再加上能量回收電路達(dá)到對外輸出電能的效果。
[0041 ] 其中，壓電材料的極化方向有如圖4所示的(a)和(b)的單層方式以及(c)中多層疊放三種方式，極化方向如圖中箭頭所示。雙拱結(jié)構(gòu)可以有如圖5中(a)粘貼或焊接和(b)螺絲固定這兩種方式。雙拱發(fā)電單元中壓電片的粘貼方式可以有如圖6中(a)在雙拱夾持片結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)、(b)在雙拱夾持片結(jié)構(gòu)的外側(cè)和(C)在雙拱夾持片結(jié)構(gòu)的兩側(cè)三種方式。發(fā)電裝置可以由若干個結(jié)構(gòu)單元組合而成，如圖7所示。
[0042] 如圖8所示，本發(fā)明的簡易能量回收電路圖中接口電路起到整流穩(wěn)壓的作用，以使能量能夠穩(wěn)定輸出。
【權(quán)利要求】
1.一種基于壓電材料的發(fā)電裝置，該裝置是由頂板(I)、支座(2)、拱形支持片(3)、壓電片(4)、底板(5)、定位栓(6)和定位孔(7)組成；所述的拱形支持片(3)具有三個折面，其中折面(11)和折面(13)為平面，折面(12)為弧形曲面；上下兩片相同形狀的拱形支持片(3)用粘膠(8)牢固粘貼或焊接或用螺絲(9)固定聯(lián)接為雙拱夾持片結(jié)構(gòu)；每片拱形支持片(3)上貼有若干壓電片(4)，并組成一個基本發(fā)電單元，每個基本發(fā)電單元分別放置于支座的凹槽中，每一個發(fā)電單元和支座(2)內(nèi)部的凹槽尺寸相匹配；每個發(fā)電單元用導(dǎo)線聯(lián)接；頂板(I)兩端與支座(2)之間是由定位栓(6)與定位孔(7)相匹配連接，其中定位栓(6)上套有彈簧用于頂板的復(fù)位，底板(5)與支座(2)之間為固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓電材料的發(fā)電裝置，其特征在于:所述的拱形支持片(3)是采用彈性較好的金屬或者合金材料制作而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓電材料的發(fā)電裝置，其特征在于:所述的壓電片(4)為矩形結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓電材料的發(fā)電裝置，其特征在于:所述的壓電片(4)的材質(zhì)為壓電陶瓷、壓電復(fù)合材料或者壓電高分子材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的一種基于壓電材料的發(fā)電裝置,其特征在于:所述的支持片(3)和壓電片(4)組成的每個基本發(fā)電單元之間用導(dǎo)線串聯(lián)或者并聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓電材料的發(fā)電裝置，其特征在于，所述壓電片(4)的粘貼方式包括:在雙拱夾持片結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)、外側(cè)和兩側(cè)三種方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓電材料的發(fā)電裝置，其特征在于:所述發(fā)電裝置的能量回收電路中的接口電路包括整流穩(wěn)壓模塊。
【文檔編號】H02N2/18GK103618476SQ201310670454
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】曹自平, 陳敏, 朱洪波, 劉瑞杰 申請人:南京郵電大學(xué)