[實(shí)用新型]等形變懸臂杠桿式壓電發(fā)電組件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420438951.2
• 申請(qǐng)日: 2014-08-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203968013U
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 殷振;李艷;陳玉榮;汪幫富;曹自洋;徐力;呂自強(qiáng);劉嬌
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 蘇州科技學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): H02N2/18
• 分類(lèi)號(hào): H02N2/18
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種利用壓電陶瓷材料壓電效應(yīng)的能量回收裝置，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種等形變懸臂杠桿式壓電發(fā)電組件。

背景技術(shù)

利用壓電陶瓷正壓電效應(yīng)進(jìn)行發(fā)電的裝置因其具有環(huán)保節(jié)能、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)電磁干擾、易于實(shí)現(xiàn)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，成為世界各國(guó)研究人員的關(guān)注熱點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外所研究的利用人體動(dòng)能進(jìn)行壓電發(fā)電裝置較多，公開(kāi)號(hào)為CN201956927U的專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種利用人體頻繁踏走的壓電發(fā)電裝置，該裝置利用人體對(duì)彈簧杠桿機(jī)構(gòu)踩踏形成彈簧形變的勢(shì)能，進(jìn)而釋放彈簧形變勢(shì)能對(duì)壓電材料敲擊進(jìn)行壓電發(fā)電，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，發(fā)電量集中，但是人體踩踏該裝置杠桿結(jié)構(gòu)后腳收起的速度較慢，彈簧形變勢(shì)能釋放后對(duì)壓電陶瓷材料形成的敲擊力很小，影響了壓電陶瓷片的發(fā)電轉(zhuǎn)換效率，另外，人體踩踏的行程大于2mm，有踩空等不適感。

專(zhuān)利號(hào)為201320203629.7，發(fā)明名稱(chēng)為一種懸臂壓電發(fā)電組件的專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種利用懸臂杠桿原理的壓電發(fā)電裝置，該裝置解決了人體踩踏發(fā)電裝置產(chǎn)生的不適感，但是在后期深入的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在壓電材料的脆性失效變形范圍內(nèi)，壓電懸臂梁末端施加外力或位移后，同一橫截面內(nèi)壓電懸臂梁固定端在豎直方向位移最小，自由端位移最大，但是壓電懸臂梁固定端的壓電陶瓷形變最大，越趨向于自由端其壓電陶瓷形變?cè)叫。杂啥说膲弘娞沾尚巫優(yōu)榱恪Ｓ捎趬弘姂冶哿旱陌l(fā)電量和壓電陶瓷的形變大小成正比，因此壓電懸臂梁固定端的發(fā)電量最大，趨向于自由端發(fā)電量逐漸減小，自由端末端發(fā)電量為零,也即是該懸臂壓電發(fā)電組件不能充分的利用人體動(dòng)能，充分提高壓電懸臂梁的發(fā)電轉(zhuǎn)化效率。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型提供了一種新型的等形變懸臂杠桿式壓電發(fā)電組件，目的是為了提高利用人體動(dòng)能進(jìn)行壓電發(fā)電的轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)避免踩踏壓電發(fā)電裝置時(shí)有踩空等不適感和直接踩踏壓電陶瓷片易導(dǎo)致其破裂損壞等問(wèn)題。

等形變懸臂杠桿式壓電發(fā)電組件，包括壓電發(fā)電板、彈性杠桿和輔助支撐部件，所述的壓電發(fā)電板包括銅極板和粘貼在銅極板上下兩面上的方形A壓電陶瓷片和B壓電陶瓷片，A壓電陶瓷片和B壓電陶瓷片均沿厚度方向極化且極化方向相反，A壓電陶瓷片、B壓電陶瓷片和銅極板均連接到能量轉(zhuǎn)換電路和能量?jī)?chǔ)存裝置。

彈性杠桿包括T型彈性桿、設(shè)置在T型彈性桿上側(cè)靠近上壓板的主動(dòng)壓塊和設(shè)置在T型彈性桿下側(cè)端部的從動(dòng)壓塊，主動(dòng)壓塊通過(guò)粘接或者焊接設(shè)置在T型彈性桿上側(cè)靠近上壓板的位置，主動(dòng)壓塊到上壓板的距離為T(mén)型彈性桿懸臂長(zhǎng)度的1/10~1/2，從動(dòng)壓塊通過(guò)粘接或者焊接在T型彈性桿下側(cè)端部。

輔助支撐部件包括圓弧面底板、支撐板、上壓板和聯(lián)接件，圓弧面底板、銅極板、支撐板、T型彈性桿和上壓板依次從下向上設(shè)置，圓弧面底板、銅極板、支撐板、T型彈性桿和上壓板上均開(kāi)設(shè)有可供聯(lián)接用的聯(lián)接孔，由聯(lián)接件穿過(guò)每個(gè)零件的聯(lián)接孔后將其聯(lián)接為一體；在豎直方向上，所述的主動(dòng)壓塊上表面的高度比上壓板上表面的高度高0.2~1.8mm。

圓弧面底板一端開(kāi)設(shè)有用來(lái)聯(lián)接用的聯(lián)接孔，另一端上表面為圓弧面，圓弧面最上端與上表面相切，圓弧面的圓心在上切點(diǎn)的正下方，圓弧面的上端部與壓電陶瓷片的端部平齊，圓弧面底板的寬度≥壓電陶瓷片的寬度，圓弧面底板的圓弧面在底面上投影的長(zhǎng)度≥壓電陶瓷片的長(zhǎng)度，圓弧面的半徑值在50mm~340mm之間；圓弧面底板、支撐板、上壓板、主動(dòng)壓塊和從動(dòng)壓塊均為如塑料、木材、陶瓷或玻璃的非導(dǎo)電材料。

當(dāng)彈性杠桿的T型端部由輔助支撐部件固定后，彈性杠桿就形成了壓電懸臂梁杠桿結(jié)構(gòu)，彈性杠桿被輔助支撐部件固定處為支點(diǎn)，主動(dòng)壓塊到支點(diǎn)段為動(dòng)力臂，從動(dòng)壓塊到支點(diǎn)段為阻力臂。

當(dāng)人踩踏T型彈性桿上側(cè)的主動(dòng)壓塊時(shí)，根據(jù)杠桿原理，設(shè)置在T型彈性桿下側(cè)的從動(dòng)壓塊就會(huì)向下移動(dòng)多于主動(dòng)壓塊下移的距離，即只需對(duì)主動(dòng)壓塊向下踩踏很小的距離，即可驅(qū)動(dòng)壓電發(fā)電板自由端向下移動(dòng)較大的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)人體動(dòng)能到電能的能量轉(zhuǎn)換，從而提高了壓電發(fā)電板的壓電轉(zhuǎn)換效率。

從動(dòng)壓塊驅(qū)動(dòng)壓電懸臂梁自由端向下移動(dòng)，隨著從動(dòng)壓塊的逐步向下移動(dòng)，壓電懸臂梁從固定端到自由端逐漸和圓弧面底板的上圓弧面相貼合，從而保證了壓電懸臂梁從固定端到自由端每段壓電陶瓷片均發(fā)生形變和每段壓電陶瓷片形變的均勻性,每段壓電陶瓷片的形變均為常值，且這個(gè)形變值與圓弧面底板上圓弧面的圓弧半徑有關(guān)，合理設(shè)置圓弧面底板上圓弧面的圓弧半徑，保證壓電陶瓷片在其脆性失效變形范圍內(nèi)，避免了單純壓電懸臂梁在固定端發(fā)電量大、自由端發(fā)電量小等問(wèn)題，使每段壓電陶瓷片均發(fā)生形變，充分提高了壓電懸臂梁壓電陶瓷片的壓電轉(zhuǎn)換效率。