[發明專利]一種分塊懸臂梁結構的壓電地板裝置

無效

• 申請號: 201410255514.1
• 申請日: 2014-06-10
• 公開（公告）號: CN104009669A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 董維杰;金海泉;白鳳仙
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

技術領域

本發明屬于基于壓電材料的能量收集領域，涉及一種分塊懸臂梁結構的壓電地板裝置，將行人踩踏地板產生的勢能通過壓電片轉換電能裝置。

背景技術

目前壓電地板結構單元主要有圓盤形壓電結構、疊堆形壓電結構、拱形壓電結構、橋形壓電結構、鈸形壓電結構、懸臂梁等。目前大部分應用于研究的是周邊固定支撐方式的長方形和圓盤形壓電結構，如2011年PisharodyHarikrishnan?G在Innovative?Smart?Grid?Technologies-India?ISGT?India,IEEE?PES的第244-247頁中發表了題目為“An?optimal?design?for?piezoelectric?energy?harvesting?system”論文。文章中描述了采用壓電圓盤結構制作壓電地毯。中國科學院上海硅酸鹽研究所的專利號201110283546.9，名稱為“一種壓電能量收集單元及其應用”的專利，該專利中采用了圓盤和長方形壓電結構能量收集單元。上述壓電結構技術相對成熟，輸出功率大，結構穩定，承載力大，但是由于方形和圓盤形壓電結構采用周邊固定支撐方式，因此，壓電材料變形小，沒有充分地發揮發電能力。

發明內容

本發明的目的克服現有技術的不足，發明一種分塊懸臂梁結構的壓電地板裝置，發明是將周邊固支或邊界自由支撐的圓盤壓電結構和方形壓電結構通過分塊成六邊形壓電單元的方式，取消相互的制約，使壓電片成為三角形懸臂梁壓電結構；在保持人的踩踏舒適度的前提下，充分利用懸臂梁易產生大撓度的優點來設計發電結構單元提高輸出功率。

本發明采用的技術方案是一種分塊式壓電懸臂梁的壓電地板裝置，其特征是，該裝置中,不同形狀的整體式壓電地板7由若干個六邊形壓電單元組成,每個六邊形壓電單元由蓋板1、固定壓板2、壓電片3、基板4、底板5和螺釘6組成；基板4安裝在具有內腔的底板5上，六個壓電片3分別粘接在六個基板4的前部三角形部分上，六個基板4以環繞的形式安裝在底板5上；壓板2安裝在基板4上面，使壓電片3成為三角形懸臂梁壓電結構；并通過螺釘6將壓板2、基板4和底板5固定在一起；下表面中心具有一個凸臺的蓋板1安裝在壓板2上面，并使下表面中心凸臺壓在六個壓電片3的三角形頂端。

本發明的效果和益處與現有技術相比，采用壓電片懸臂梁支撐方式，把整體式壓電結構通過三角形分塊的方式來消除相互制約，使得壓電片變形更大，在保持行走舒適度的前提下通過提高位移量來提高功率。本發明應用于行人密集的地方，比如火車站，地鐵站，步行街等地通過連接LED和儲能元件的方式，在行走過程中給行人提供照明，且此結構重量輕體積小發電量大具有廣泛應用的前景。

附圖說明

圖1是六邊形壓電單元的結構圖。

圖2是去掉蓋板的六邊形壓電單元結構圖。

圖3是去掉蓋板和壓板的六邊形壓電單元結構圖。其中：1-蓋板、2-固定壓板、3-壓電片、4-基板、5-底板、6-螺釘。

圖4是安裝有16個頂角為60度的正三角形壓單元的分布示意圖。其中：7-壓電地板。

圖5是壓電片和基板厚度相同的壓電地板輸出功率曲線圖。其中a1-采用頂角為60度的壓電片三角形懸臂梁輸出功率曲線圖，a2-頂角為90度的壓電片三角形懸臂梁輸出功率曲線圖，a3-頂角為120度的壓電片三角形懸臂梁輸出功率曲線圖，a4-圓盤形壓電結構輸出功率曲線圖。

圖6是自由端位移相同情況下的壓電地板輸出功率比較曲線圖。其中，b1-頂角為60度的三角形懸臂梁輸出功率曲線圖，b2-頂角為90度的三角形懸臂梁輸出功率曲線圖，b3-頂角為120度的三角形懸臂梁輸出功率曲線圖，b4-圓盤形壓電結構輸出功率曲線圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細說明。