[發明專利]等應力懸臂杠桿中壓式壓電發電組件

有效

• 申請號: 201610259191.2
• 申請日: 2016-04-25
• 公開（公告）號: CN105743389B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 錢蜜;李艷;殷振;楊鑫銘;黃鈺文;蘇磊;徐建;胡清柱;李霖榕;范逸倫
• 申請（專利權）人: 蘇州科技大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種利用壓電陶瓷材料壓電效應的能量回收裝置，具體來說，涉及一種等應力懸臂杠桿中壓式壓電發電組件。

背景技術

利用壓電陶瓷正壓電效應進行發電的裝置因其具有環保節能、結構簡單、無電磁干擾、易于實現、成本低等優點，成為世界各國研究人員的關注熱點。國內外所研究的利用人體動能進行壓電發電裝置較多，公開號為CN201956927U的專利文獻公開了一種利用人體頻繁踏走的壓電發電裝置，該裝置利用人體對彈簧杠桿機構踩踏形成彈簧形變的勢能，進而釋放彈簧形變勢能對壓電材料敲擊進行壓電發電，該裝置結構簡單，成本低，發電量集中，但是人體踩踏該裝置杠桿結構后腳收起的速度較慢，彈簧形變勢能釋放后對壓電陶瓷材料形成的敲擊力很小，影響了壓電陶瓷片的發電轉換效率，另外，人體踩踏的行程大于2mm，有踩空等不適感。

專利號為201320203629.7，發明名稱為一種懸臂壓電發電組件的專利文獻公開了一種利用懸臂杠桿原理的壓電發電裝置，該裝置解決了人體踩踏發電裝置產生的不適感，但是在后期深入的實驗中發現，在壓電材料的脆性失效變形范圍內，壓電發電板末端施加外力或位移后，同一橫截面內壓電發電板固定端在豎直方向位移最小，自由端位移最大，但是壓電發電板固定端的壓電陶瓷形變和應力最大，越趨向于自由端其壓電陶瓷形變和應力越小，自由端的壓電陶瓷形變和應力為零。由于壓電發電板的發電量和壓電陶瓷的應力大小成正比，因此壓電發電板固定端的發電量最大，趨向于自由端發電量逐漸減小，自由端末端發電量為零,也即是該懸臂壓電發電組件不能充分的利用人體動能，充分提高壓電發電板的發電轉化效率。

發明內容

本發明提供了一種新型的等應力懸臂杠桿中壓式壓電發電組件，目的是為了提高利用人體動能進行壓電發電的轉換效率，同時避免踩踏壓電發電裝置時有踩空等不適感和直接踩踏壓電陶瓷片易導致其破裂損壞等問題。

等應力懸臂杠桿中壓式壓電發電組件，包括壓電發電板、彈性杠桿和輔助支撐部件，所述的壓電發電板包括銅極板和粘貼在銅極板上下兩面上的方形上壓電陶瓷片和下壓電陶瓷片，上壓電陶瓷片和下壓電陶瓷片均沿厚度方向極化且極化方向相反，上壓電陶瓷片、下壓電陶瓷片和銅極板均聯接到能量轉換電路和能量儲存裝置。

彈性杠桿包括彈性桿、設置在彈性桿上側靠近折彎處的主動壓塊和設置在彈性桿下側端部的從動壓塊，主動壓塊通過粘接或者焊接設置在彈性桿上側靠近折彎處的位置，主動壓塊到折彎處的距離為彈性桿懸臂長度的1/10~1/2，從動壓塊通過粘接或者焊接設置在彈性桿下側端部。

輔助支撐部件包括凹弧面底板和長螺栓，凹弧面底板、銅極板和彈性桿依次從下向上設置，凹弧面底板、銅極板和彈性桿上均開設有可供聯接用的聯接孔，由長螺栓穿過每個零件的聯接孔后將其聯接為一體；在豎直方向上，所述的主動壓塊上表面的高度比長螺栓上表面的高度高0.2~1.8mm。

凹弧面底板長度方向、寬度方向上均對稱，兩端高起聯接長方體凸臺，凸臺上表面開設有用來聯接用的聯接孔，凹弧面底板中間為下凹弧面，凹弧面底板的凹弧面在底面上投影的長度≥壓電陶瓷片的長度，凹弧面底板的凹弧面在底面上投影的寬度≥壓電陶瓷片的寬度，凹弧面垂直于寬度方向的截面形狀為一拋物線，拋物線的P值在187.3~328.5之間；在凹弧面的最高處，以凸臺相對面距離為長，凹弧面寬度為寬，向下切除深2~5mm的凹槽作為壓電陶瓷片的限位槽；以短螺栓聯接與凹弧面底板長度相同的長方形擋板用以限制壓電陶瓷片的位置；凹弧面底板、支撐板、主動壓塊和從動壓塊均為非導電材料。

當彈性杠桿的折彎端部由輔助支撐部件固定后，彈性杠桿就形成了壓電發電板杠桿結構，彈性杠桿被輔助支撐部件固定處為支點，主動壓塊到支點段為動力臂，從動壓塊到支點段為阻力臂。

當人踩踏彈性桿上側的主動壓塊時，根據杠桿原理，設置在彈性桿下側的從動壓塊就會向下移動多于主動壓塊下移的距離，即只需對主動壓塊向下踩踏很小的距離，即可驅動壓電發電板自由端向下移動較大的距離來實現人體動能到電能的能量轉換，從而提高了壓電發電板的壓電轉換效率。