一种踩踏压电式连续发电装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种踩踏压电式连续发电装置，至少包括压电元件组、弹簧、踏板、底板、电力变换单元和蓄电池，底板左右两端垂直固定有引导槽，引导槽的内侧设有弹性支撑柱，弹性支撑柱固定在底板上，弹性支撑柱上安装有踏板，踏板下表面安装有限位柱，压电元件组安装在限位柱上并通过导线连接电力变换单元，电力变换单元通过导线连接蓄电池；所述压电元件组包括金属板和两片压电片，压电片极性方向相反镶嵌在金属板两侧，金属板一端与限位柱固连，另一端连接弹簧；该发电装置结构简单，不发热，无电磁干扰，易于实现，成本低，且在发电过程中无噪音、无磨损、无介质泄漏，可实现持续发电。
【专利说明】一种踩踏压电式连续发电装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种发电装置，具体涉及一种可连续发电的踩踏压电式发电装置，属于发电【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在能源日渐紧缺的今天，随着各国对能源需求的不断增长及对环境保护的日益重视，寻找一种持久清洁的能源成为当务之急，近年来出现了多种不同的能量采集技术，可将日常生活中的能量转换为电能，压电转换就是其中之一。
[0003]压电材料作为一种理想的机电能量转换材料，具有很高的能量密度，小体积的压电装置即可产生功率较大的电能；压电电源的工作原理是基于正压电效应，压电材料是其核心工作物质。
[0004]压电装置在外力的作用下产生电荷，将这些电荷收集起来存储在电容或电池中，就可为后级电子元器件和系统供电；人们在道路上行走和上下楼梯时均会消耗能量，如果能将这部分能量转化为电能，并存储在蓄电池中，则可达到充分利用能源，节约电能的目的。
[0005]现有技术中的压电式发电装置多将踏板直接接触压电材料，当有外力作用在压电材料上时，压电材料发生形变产生电荷，外力撤离时形变消失，电荷产生中断，此种发电装置中的压电材料由于发生形变时承受较大外力，结构易损坏，并且无法连续产生电荷，难以实现电荷收集与储存。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的在于解决现有技术的缺点并提供一种踩踏压电式连续发电装置，将人行走时消耗的能量转换为电能并实现连续发电。
[0007]实现本实用新型目的所采用的技术方案为，一种踩踏压电式连续发电装置，至少包括压电元件组、弹簧、踏板、底板、电力变换单元和蓄电池，底板左右两端垂直固定有引导槽，引导槽与底板构成U型限位仓，限位仓中引导槽的内侧设有弹性支撑柱，弹性支撑柱固定在底板上，所述踏板安装在弹性支撑柱上，踏板与弹性支撑柱固连并在限位仓中上下移动，踏板下表面安装有限位柱，压电元件组安装在限位柱上并通过导线连接电力变换单元，电力变换单元通过导线连接蓄电池；所述压电元件组包括金属板和两片压电片，压电片极性方向相反镶嵌在金属板两侧，金属板一端与限位柱固连，另一端连接弹簧，所述弹簧设有两根，位于金属板上方的弹簧A连接金属板与踏板，位于金属板下方的弹簧B —端与金属板固连，另一端连接悬空的重物成为自由端；所述电力变换单元包括整流器和V/I转换器。
[0008]所述限位柱下底面与底板上表面的间距5?20mm。
[0009]踏板下表面上每平方米设有8?12个限位柱。
[0010]所述压电片为压电陶瓷、铁电性压电材料、压电聚合物或压电复合材料。
[0011]所述整流器为全桥桥式整流器。
[0012]蓄电池上设有控制单元，控制单元包括控制芯片、电池电量检测器和报警器。
[0013]所述控制芯片为微处理器或单片机，所述微处理器为DSP或FPGA。
[0014]由上述技术方案可知，本实用新型提供的踩踏压电式连续发电装置中，压电元件组、电力变换单元和蓄电池通过导线连接，组成充电电路；压电元件组由金属板和极性方向相反镶嵌在金属板两侧的两片压电片构成，金属板一端固定，另一端连接两根弹簧，位于金属板上方的弹簧A连接金属板与踏板，位于金属板下方的弹簧B连接悬空的重物，重物和两根弹簧在踏板受踩踏时牵引金属板上下摆动，使的压电片发生形变产生电荷；由于重物具有惯性，当踏板上的外力撤除时，重物在惯性作用下继续向下移动，弹簧A和弹簧B均被拉伸发生弹性形变，带动重物做往复运动，镶嵌在金属板上的压电片被压缩或拉伸持续产生电荷为蓄电池充电，压电元件组将行人施加在踏板上的瞬时冲击力充分转化为电能。
[0015]金属板通过弹簧A连接踏板，当踏板受到较大冲击力时，弹簧A牵引金属板，避免金属板上的压电片大幅度弯曲，保护压电片。
[0016]限位柱下底面与底板上表面的间距为5?20mm，距离小，减轻行人踏在踏板上产生的踩空感，踏板下表面上每平方米设有8?12个限位柱，提高了踏板强度同时可避免限位柱过密引起重物相互碰撞。
[0017]与现有技术相比，本实用新型的有益效果为，本实用新型所使用的压电材料为节能型环保材料，绿色安全，不会产生有毒有害的残留物质，符合可持续发展的要求；该发电装置结构简单，不发热，无电磁干扰，易于实现，成本低，且在发电过程中无噪音、无磨损、无介质泄漏，可实现持续发电。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型提供的踩踏压电式连续发电装置结构示意图。
[0019]其中，1-底板，2-引导槽，3-踏板，4-弹性支撑柱，5-限位柱，6_金属板，7_压电片，8-弹簧A，9-弹簧B, 10-重物，11-整流器，12-V/I转换器，13-蓄电池，14-控制芯片，15-电池电量检测器，16-报警器，17-导线。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细具体说明。
[0021]本实用新型提供的踩踏压电式连续发电装置的结构如图1所示，底板I左右两端垂直固定有引导槽2，引导槽与底板构成U型限位仓，限位仓中引导槽的内侧设有弹性支撑柱4，弹性支撑柱固定在底板上，弹性支撑柱上安装有踏板3，踏板与弹性支撑柱固连并在限位仓中上下移动，踏板下表面上安装有限位柱5，踏板下表面上每平方米设有8?12个限位柱，下底面与底板上表面的间距为10mm，压电元件组安装在限位柱上，压电元件组包括金属板6和安装在金属板上下两侧的压电片7，压电片镶嵌在金属板两侧并且极性方向相反，导线17将压电片两端产生的电压引出，用以给蓄电池充电，金属板一端与限位柱固连，另一端连接弹簧，所述弹簧设有两根，位于金属板上方的弹簧AS连接金属板与踏板，位于金属板下方的弹簧B9 —端与金属板固连，另一端连接悬空的重物10成为自由端，压电元件组通过导线17连接电力变换单元，电力变换单元包括整流器11和V/I转换器12，整流器将压电元件组输出的交流电变为直流电，V/I转换器将整流过程产生的直流电进行电压-电流变换，电力变换单元通过导线连接蓄电池13。
[0022]蓄电池上连接有控制单元，控制单元包括控制芯片14、电池电量检测器15和报警器16，电池电量检测器通过传感器检测充电电路中的电压和电流来判断蓄电池是否已完成充电。
[0023]当行人踏在踏板上时，弹性支撑柱被压缩，踏板向下移动直至限位柱与底板接触，在此过程中，重物向下运动拉伸弹簧A和弹簧B，金属板受弹簧B牵引向下弯折，压电片发生形变产生电荷；踩踏撤离时，重物由于惯性作用继续向下运动，重物运动至最下方后，弹簧收缩，弹簧A和弹簧B牵引重物做往复运动，带动金属板上下摆动，压电片交替压缩、拉伸持续产生电荷，产生的电荷通过导线输送至蓄电池中；当踏板受到较大踩踏力冲击时，弹簧A牵引金属板，防止金属板和压电片发生较大弯曲变形。
[0024]该发电装置可用于安装在楼道中用于发电，也可以安装在人流量大的地方直接用于消防或照明用电，具体使用方式如下:
[0025]使用方式1:踩踏压电式连续发电装置用于楼道照明和消防设施供电。
[0026]将底板固定于台阶上，引导槽垂直安装于底板两侧，且高度与台阶齐平，踏板置于底板的正上方，且与底板相平行，踏板与底板之间由弹性支撑柱连接；墙体上安装一个铁盒，将电力变换单元、蓄电池和控制单元通过导线连接并置于铁盒内，压电片选用压电陶瓷，控制芯片选用单片机，发电设备安装前将控制程序写入单片机中；充电电路中设置两个并接的蓄电池，一个蓄电池连接消防安全出口标志灯用于消防安全供电，另外一个蓄电池连接控制装置用于存储多余的电能，其中用于消防安全供电的蓄电池在接入充电电路前预置部分电量，将声光双控开关和楼道灯接入充电电路。
[0027]当楼道中有人行走时，若楼道光线较暗并有较大声响，声光双控开关开启，楼道灯亮，压电元件组所产生的电量一部分供给楼道照明和消防安全出口标志灯用电，其余用于蓄电池充电；声光双控开关关闭时，除消防安全出口标志灯消耗少量电量，压电兀件组产生的电荷全部用于蓄电池充电，由于蓄电池在接入充电电路前预置部分电量，因此消防安全出口标志灯连接蓄电池后可持续工作；电池电量检测器检测蓄电池电量，若蓄电池已充满，控制芯片控制充电电路停止给该蓄电池充电，并控制报警器发出警报，以提醒操作人员更换蓄电池，充电完成的蓄电池可在发生紧急情况或电力故障时使用。
[0028]使用方式2:踩踏压电式连续发电装置用于火车站照明。
[0029]将踩踏压电式连续发电装置安装在火车站出入站通道上，蓄电池连接火车站中的照明灯，由于火车站人流量大，并且早晚均有人员出入，发电装置可一天24小时不间断发电，保证火车站照明用电需求。
【权利要求】
1.一种踩踏压电式连续发电装置，至少包括压电元件组、弹簧、踏板、底板、电力变换单元和蓄电池，其特征在于:底板左右两端垂直固定有引导槽，引导槽与底板构成U型限位仓，限位仓中引导槽的内侧设有弹性支撑柱，弹性支撑柱固定在底板上，所述踏板安装在弹性支撑柱上，踏板与弹性支撑柱固连并在限位仓中上下移动，踏板下表面安装有限位柱，压电元件组安装在限位柱上并通过导线连接电力变换单元，电力变换单元通过导线连接蓄电池；所述压电元件组包括金属板和两片压电片，压电片极性方向相反镶嵌在金属板两侧，金属板一端与限位柱固连，另一端连接弹簧，所述弹簧设有两根，位于金属板上方的弹簧A连接金属板与踏板，位于金属板下方的弹簧B—端与金属板固连，另一端连接悬空的重物成为自由端；所述电力变换单元包括整流器和V/I转换器。
2.根据权利要求1所述的踩踏压电式连续发电装置，其特征在于:所述限位柱下底面与底板上表面的间距为5?20mm。
3.根据权利要求1所述的踩踏压电式连续发电装置，其特征在于:踏板下表面上每平方米设有8?12个限位柱。
4.根据权利要求1所述的踩踏压电式连续发电装置，其特征在于:所述压电片为压电陶瓷、铁电性压电材料、压电聚合物或压电复合材料。
5.根据权利要求1所述的踩踏压电式连续发电装置，其特征在于:所述整流器为全桥桥式整流器。
6.根据权利要求1所述的踩踏压电式连续发电装置，其特征在于:蓄电池上设有控制单元，控制单元包括控制芯片、电池电量检测器和报警器。
7.根据权利要求6所述的踩踏压电式连续发电装置，其特征在于:所述控制芯片为微处理器或单片机，所述微处理器为DSP或FPGA。
【文档编号】H02J7/32GK204118842SQ201420528328
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月15日 优先权日:2014年9月15日
【发明者】贺良华, 郝欢, 贺绪红 申请人:中国地质大学（武汉）