CN203654673U - 一种压电式发电地板 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种压电式发电地板，包括基座部分、机械传动部分和能量收集部分。人的踩踏或车辆行驶过等产生的机械能通过机械传动部分传递给能量收集部分来收集。能量收集部分采用的是压电悬臂梁结构，压电悬臂梁将振动的机械能转化为电能，能量收集效率高，收集到的电能可以供传感器、LED等用电设备用电。本实用新型清洁无污染，能量收集切实可靠，不受电磁、天气影响。

Description

一种压电式发电地板

技术领域

本发明涉及一种发电地板，具体涉及一种将人们踩踏、车辆行驶产生的机械能通过压电悬臂梁的压电效应来收集起来的技术。 

背景技术

能源是当今社会十分重要的主题，其中能源的回收技术也是越来越受重视。通过人们的踩踏地板或车辆在路面行驶来采集能量是一种新思路，尤其在步行街、地铁站等公共场所人来人往，如果能够收集人们的踩踏地板的机械能，那么回收的能量将十分可观。同时，随着压电材料的兴起，运用压电材料收集振动能量的效率越来越高，同时压电式结构有不受电磁干扰的优点，与太阳能相比，压电能量采集不受天气影响，将压电结构运用于地板上踩踏等能量收集具有很广阔的前景。目前压电式发电地板有很多，但大多能量收集效率低下，如一种压电式发电地板采用Cymbal式的压电结构单元来采集能量。本发明使用的压电单元是压电悬臂梁结构式的，与Cymbal式的压电结构相比，其优势在于具有相对较高的能量转换率。 

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供了一种压电式发电地板，有效的回收了人们踩踏、车辆行驶产生的机械能，最终转换机械能为电能。 

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种压电式发电地板，包括基座部分、机械传动部分和能量收集部分。踩踏等产生的机械能通过机械传动部分传递给能量收集部分来收集。 

所述基座部分包括盖板、底座，盖板和底座之间通过四周的轴孔的间隙配合。 

所述机械传动部分包括主轴、固定套一、圆锥滚子轴承一、螺母一、圆锥滚子轴承二、超越离合器一、螺母二、转子、超越离合器二、圆锥滚子轴承三、圆锥滚子轴承四、固定套二、弹簧。主轴与上述盖板固定联接，主轴与螺母一、螺母二以滚珠螺纹副的形式联接，主轴与螺母一、二配合的两端滚珠丝杆螺纹旋向相反，螺母一和超越离合器一的内圈联接，螺母二和超越离合器二的内圈联接，超越离合器一和超越离合器二的外圈和转子联接。在主轴底部和底座之间有弹簧，使人踩在盖板上时会有反弹力，让人感觉更加柔软舒适，同时保证主轴能够上下运动。螺母一和转子上有圆锥滚子轴承一和圆锥滚子轴承二，圆锥滚子轴承能承受一定的轴向负荷，防止螺母和转子上下松动，圆锥滚子轴承一和圆锥滚子轴承二上有固定套一来固定住，固定套一与底座内孔配合。固定套二固定在底座上，固定套二上有圆锥滚子轴承三和圆锥滚子轴承四，圆锥滚子轴承三上有螺母二，能承受螺母二的轴向负荷，圆锥滚子轴承四上有转子，圆锥滚子轴承四能承受转子的轴向和径向负荷。 

所述能量收集部分包括悬臂梁和撞击器。悬臂梁固定在底座上，一共有八个悬臂梁，悬臂梁包括基底片、上压电片、下压电片、上电极片、下电极片、导线一和导线二。基底片上下各有一个压电片，上压电片粘贴在基底片的上方，下压电片粘贴在基底片的下方，上电极片粘贴在上压电片的上方，下电极片粘贴在下压电片的下方。导线一和上电极片连接，导线二和下电极片连接。撞击器固定在转子上，一共有四个。当机械传动部分的转子转动时，撞击器随转子转动，撞击悬臂梁结构，使悬臂梁结构中的压电片振动发电。 

所述的超越离合器一和超越离合器二的外环只有在超越离合器的星轮顺时针转动时才能顺时针转动，当星轮逆时针转动时，外环不随星轮转动。 

所述撞击器的材料为不锈钢。 

所述悬臂梁中的基底片和电极片的材料均为铜。 

所述的压电片为PZT材料，相对于其它压电材料，PZT材料的压电系数很高，适合做振动能量采集，所述压电片采用d31模式进行振动能量采集，在收集电荷量的性能上d31 模式优于d33 模式。压电片设计为梯形结构是因为压电层有效应变几乎都集中在悬臂梁固定端部附近，而在悬臂梁自由端部分几乎为零，悬臂梁固定端上的压电片收集的电量比悬臂梁自由端更多，所以将悬臂梁的固定端设计的宽度大于自由端的宽度。 

所述悬臂梁中的基底片受到撞击器撞击后产生振动，随着基底片的振动，压电片也随之振动，则压电片受到应力的作用，由于压电效应，压电片内部正负电荷发生相对位移而产生极化，上、下电极片之间将产生电势差，输出电流。 

所述的悬臂梁有八个，每一个都能收集能量，这样更加充分的收集了转子转动的机械能。 

本发明的有益效果是：因为有缓冲的效果，本发明比一般地板踩上去更加舒适，同时收集了踩踏等机械能，最终转化为电能，能量转化效率高。 

附图说明

图1为A-A剖面，为压电式发电地板的正向剖视图。 

图2为底座的俯视图。 

图3为悬臂梁的结构示意图。 

图中：1、悬臂梁，2、撞击器，3、盖板，4、固定套一，5、主轴，6、圆锥滚子轴承一，7、螺母一，8、圆锥滚子轴承二，9、超越离合器一，10、螺母二，11、转子，12、超越离合器二，13、圆锥滚子轴承三，14、圆锥滚子轴承四，15、固定套二，16、弹簧，17、底座，101、基底片，102、上电极片，103、上压电片，104、下电压片，105、下电极片，106、导线一，107、导线二。 

具体实施方式

本发明的工作原理：如图1： 当盖板(3)受到人的踩踏时，向下移动，则主轴(5)也随之向下移动，同时主轴(5)底部的弹簧(16)被压缩。因为主轴(5)与螺母一(7)、螺母二(10)联接的两段滚珠丝杆螺纹旋向相反，主轴(5)向下的运动会使螺母一(7)顺时针旋转、使螺母二(10)逆时针旋转，则与螺母一(7)联接的超越离合器一(9)也顺时针转动，而与螺母二(10)联接的超越离合器二(12)不会随螺母二(10)逆时针转动，顺时针转动的超越离合器一(9)带动转子(11)顺时针转动，于是转子(11)上的撞击器(2)与悬臂梁上(1)的基底片(101)撞击。 

由于主轴(5)下端部分的弹簧(16)受到压缩，当人脚离开盖板(3)时，弹簧(16)会回复，则主轴(5)会向上的运动，使螺母一(7)逆时针旋转、使螺母二(10)顺时针旋转，则与螺母二(10)联接的超越离合器二(12)也顺时针转动，而与螺母一(7)联接的超越离合器一(9)不会随螺母一(7)逆时针转动，顺时针转动的超越离合器二(12)带动转子(11)顺时针转动，于是转子(11)上的撞击器(2)与悬臂梁(1)上的基底片(101)撞击。 

虽然踩在盖板(3)上致使主轴(5)上下运动的位移不是很大，但是主轴(5)上下运动都能带动转子(11)在同一个方向转动，所以只要不断的有人踩踏或有车辆行驶过，就会不停的使转子(11)转动。 

当转子(11)顺时针转动时，带动四个撞击器(2)撞击悬臂梁(1)上的基底片(101)。悬臂梁(1)中的基底片(101)受到撞击器(2)撞击后振动变形，随着基底片(101)的振动变形，上压电片(103)和下压电片(104)也随之振动，上压电片(103)和下压电片(104)受到应力的作用，由于压电效应，压电片内部正负电荷发生相对位移而产生极化，上电极片 (102)和下电极片(105)之间将产生电势差，经过导线一(106)和导线二(107)输出电流。由于压电发电装置振动产生的是交流电，所以导线一(106)和导线二(107)收集的电流可以通过整流器来转换为直流，供用电设备使用或者利用电容储能，此处不赘述。 

Claims (2)

1.一种压电式发电地板，包括基座部分、机械传动部分和能量收集部分，所述基座部分包括盖板(3)、底座(17)，所述机械传动部分包括主轴(5)、固定套一(4)、圆锥滚子轴承一(6)、螺母一(7)、圆锥滚子轴承二(8)、超越离合器一(9)、螺母二(10)、转子(11)、超越离合器二(12)、圆锥滚子轴承三(13)、圆锥滚子轴承四(14)、固定套二(15)、弹簧(16)，所述能量收集部分包括悬臂梁(1)和撞击器(2)，所述悬臂梁(1)固定在底座(17)上，一共有八个悬臂梁(1)，悬臂梁(1)包括基底片(101)、上电极片(102)、上压电片(103)、下压电片(104)、下电极片 (105)、导线一(106)和导线二(107)。

2.根据权利要求1的所述的一种压电式发电地板，其特征在于：主轴(5)与所述盖板(3)固定联接，主轴(5)与螺母一(7)、螺母二(10)以滚珠螺纹副的形式联接，主轴(5)与螺母一(7)、螺母二(10)配合的两端滚珠丝杆螺纹旋向相反，螺母一(7)和超越离合器一(9)的内圈联接，螺母二(10)和超越离合器二(12)的内圈联接，超越离合器一(9)和超越离合器二(12)的外圈和转子(11)联接，主轴(5)在主轴(5)底部和底座(17)之间有弹簧(16)。

Images