專利名稱：一種懸臂杠桿式壓電發(fā)電組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用壓電陶瓷材料正壓電效應(yīng)的能量回收裝置，具體來說，涉及一種懸臂杠桿式壓電發(fā)電組件。
背景技術(shù)：
隨著能源的日趨緊張和人們環(huán)保意識的日趨增強(qiáng)，節(jié)能環(huán)保等問題以及環(huán)保無污染新能源的開發(fā)和利用倍受世界各國的關(guān)注和重視。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)簡單、無電磁干擾、易于實(shí)現(xiàn)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，成為世界各國研究人員的關(guān)注熱點(diǎn)。利用人體動能進(jìn)行壓電發(fā)電，符合當(dāng)前節(jié)能環(huán)保的要求，并具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。國內(nèi)外所研究的利用人體動能進(jìn)行壓電發(fā)電裝置較多，典型的如壓電發(fā)電鞋，國內(nèi)公開號為CN101728975A專利所發(fā)明的一種基于人體動能激勵的壓電發(fā)電裝置及其發(fā)電方法，它為一種腳型的壓電發(fā)電復(fù)合板，安裝于鞋墊或鞋底，將人們?nèi)粘Ｐ凶哌\(yùn)動的部分能量轉(zhuǎn)換為電能。但是，目前的壓電發(fā)電鞋或鞋墊純屬個人行為，發(fā)電分散，發(fā)電量小，直接踩踏壓電陶瓷片易導(dǎo)致其破裂損壞，經(jīng)濟(jì)實(shí)用性差。如果利用軌道交通、商場、樓梯口等人流量較大的場合人們踩踏的動能進(jìn)行壓電發(fā)電，則具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。為了提高現(xiàn)有利用人體動能進(jìn)行壓電發(fā)電的效益，公開號為CN201956927U的專利文獻(xiàn)公開了一種利用人體頻繁踏走的壓電發(fā)電裝置，該裝置利用人體對彈簧杠桿機(jī)構(gòu)踩踏形成彈簧形變的勢能，進(jìn)而釋放彈簧形變勢能對壓電材料敲擊進(jìn)行壓電發(fā)電，該裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低，發(fā)電量集中，但是在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，該裝置存在一定的不足，由于人體踩踏杠桿結(jié)構(gòu)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(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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種新型的懸臂杠桿式壓電發(fā)電組件，目的是為了提高利用人體動能進(jìn)行壓電發(fā)電的轉(zhuǎn)換效率，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)致其破裂損壞等問題。一種懸臂杠桿式壓電發(fā)電組件，包括壓電發(fā)電板、輔助支撐部件和彈性杠桿，所述的壓電發(fā)電板包括銅極板2和粘貼在銅極板2上下兩面上的方形A壓電陶瓷片I和B壓電陶瓷片3，A壓電陶瓷片I和B壓電陶瓷片3均沿厚度方向極化且極化方向相反，A壓電陶瓷片I和B壓電陶瓷片均連接到能量轉(zhuǎn)換電路和能量儲存裝置；輔助支撐部件包括A支撐板10、B支撐板9、上壓板8和聯(lián)接件7 ;彈性杠桿包括T型彈性桿5、設(shè)置在T型彈性桿5上側(cè)靠近上壓板8的主動壓塊6和設(shè)置在T型彈性桿5下側(cè)端部的從動壓塊4，主動壓塊6和從動壓塊4通過粘接或焊接方式和T型彈性桿5聯(lián)接在一起，主動壓塊6到上壓板8距離為T型彈性桿5懸臂長度的1/10到1/2，在豎直方向上，所述的主動壓塊6上表面的高度比上壓板8上表面的高度高0.3^1.5mm。A支撐板10、銅極板2、B支撐板9、T型彈性桿5和上壓板8依次從下向上設(shè)置，A支撐板10、銅極板2、B支撐板9、T型彈性桿5和上壓板8上均開設(shè)有可供聯(lián)接用的聯(lián)接孔，由聯(lián)接件7穿過每個零件的聯(lián)接孔后將其聯(lián)接為一體。當(dāng)彈性杠桿的T型端部由輔助支撐部件固定后，彈性杠桿就形成了懸臂杠桿結(jié)構(gòu)，彈性杠桿被輔助支撐部件固定處為支點(diǎn)，主動壓塊6到支點(diǎn)段為動力臂，從動壓塊4到支點(diǎn)段為阻力臂。當(dāng)人踩踏T型彈性桿5上側(cè)的主動壓塊6時(shí)，根據(jù)杠桿原理，設(shè)置在T型彈性桿5下側(cè)的從動壓塊4就會向下移動多于主動壓塊6下移的距離，即只需對主動壓塊6向下踩踏很小的距離，即可驅(qū)動壓電發(fā)電板一端向下彎曲較大的距離來實(shí)現(xiàn)人體動能到電能的能量轉(zhuǎn)換，從而提高了壓電發(fā)電板的壓電轉(zhuǎn)換效率。當(dāng)人體踩踏結(jié)束釋放主動壓塊6后，T型彈性桿5恢復(fù)到原來的形狀，從動壓塊4和銅極板2脫離，當(dāng)人體連續(xù)踩踏和釋放主動壓塊6時(shí)，該壓電發(fā)電組件可完成連續(xù)的壓電發(fā)電過程。由于上壓板8的支撐限位作用，限制主動壓塊6和人體僅能向下移動0.3^1.5mm,距離較短，無踩空等不適感，且避免了人體和壓電陶瓷的直接接觸，保證壓電陶瓷不被沖擊破裂或損壞。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該懸臂杠桿式壓電發(fā)電組件具有結(jié)構(gòu)簡單、功率容量大、整機(jī)制造裝配容易、成本低、壓電轉(zhuǎn)換效率高、壓電陶瓷不易損壞破碎、踩踏時(shí)無踩空等不適感、對環(huán)境無污染、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的前視圖。圖3是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明中上壓板8的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明中T型彈性桿5的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明中B支撐板9的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明中銅極板2的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是本發(fā)明中A支撐板10的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9是本發(fā)明中主動壓塊6的結(jié)構(gòu)示意圖。圖10是本發(fā)明中從動壓塊4的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號說明:1.A壓電陶瓷片，2.銅極板，3.B壓電陶瓷片，4.從動壓塊，5.T型彈性桿，6.主動壓塊，7.聯(lián)接件，8.上壓板，9.B支撐板，10.A支撐板，11.能量轉(zhuǎn)換電路和能量儲存裝置
具體實(shí)施例方式結(jié)合圖1和圖2所示，懸臂杠桿式壓電發(fā)電組件包括壓電發(fā)電板、輔助支撐部件和彈性杠桿，所述的壓電發(fā)電板包括銅極板2和粘貼在銅極板2上下兩面上的方形A壓電陶瓷片I和B壓電陶瓷片3，A壓電陶瓷片I和B壓電陶瓷片3均沿厚度方向極化且極化方向相反，銅極板2材料為鈹青銅，長度為70mm，寬度為50mm，厚度為0.3mm，壓電陶瓷片材料均為PZT-5,長度為50mm,寬度為50mm,厚度為0.2mm。輔助支撐部件包括A支撐板10、B支撐板9、上壓板8和螺釘；彈性杠桿包括T型彈性桿5、設(shè)置在T型彈性桿5上側(cè)靠近上壓板8的主動壓塊6和設(shè)置在T型彈性桿5下側(cè)端部的從動壓塊4，主動壓塊6和從動壓塊4通過粘接方式和T型彈性桿5聯(lián)接在一起，主動壓塊6到上壓板8距離為T型彈性桿5懸臂長度的1/5，在豎直方向上，所述的主動壓塊6上表面的高度比上壓板8上表面的高度高1mm。A支撐板10、銅極板2、B支撐板9、T型彈性桿5和上壓板8依次從下向上設(shè)置，A支撐板10、銅極板2、B支撐板9、T型彈性桿5和上壓板8上均開設(shè)有可供聯(lián)接用的聯(lián)接孔，孔直徑為4mm，由螺釘穿過每個零件的聯(lián)接孔后將其聯(lián)接為一體，螺釘公稱直徑為3mm。結(jié)合圖3所示，A壓電陶瓷片I和B壓電陶瓷片3的兩個電極通過導(dǎo)線分別連接于能量轉(zhuǎn)換電路和能量儲存裝置，且A壓電陶瓷片I和B壓電陶瓷片3具有一公共零線。結(jié)合圖4-10所示，為上壓板8、T型彈性桿5、B支撐板9、銅極板2、A支撐板10、主動壓塊6和從動壓塊4的結(jié)構(gòu)示意圖，充分體現(xiàn)了各個零件的結(jié)構(gòu)，以便理解各個零件之間的聯(lián)接關(guān)系。當(dāng)人踩踏T型彈性桿5上側(cè)的主動壓塊6時(shí)，由于上壓板8的支撐限位作用，主動壓塊6僅能向下移動1mm，又由于主動壓塊6到上壓板8距離為T型彈性桿5懸臂長度的1/5，根據(jù)杠桿原理，設(shè)置在T型彈性桿5端部下側(cè)的從動壓塊4向下移動5_，即驅(qū)動壓電發(fā)電板一端向下彎曲5mm的距離,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人體動能到電能的能量轉(zhuǎn)換。當(dāng)人體踩踏結(jié)束釋放主動壓塊6后，T型彈性桿5恢復(fù)到原來的形狀，從動壓塊4和銅極板2脫離，當(dāng)人體連續(xù)踩踏和釋放主動壓塊6時(shí)，該壓電發(fā)電組件可完成連續(xù)的壓電發(fā)電過程。當(dāng)踩踏頻率為IHz時(shí)，使用示波器對A壓電陶瓷片I和B壓電陶瓷片3的輸出電壓進(jìn)行測量，其輸出電壓最大值分別為12.1V和11.2V，發(fā)電性能良好。
權(quán)利要求
1.一種懸臂杠桿式壓電發(fā)電組件，包括壓電發(fā)電板、輔助支撐部件和彈性杠桿，所述的壓電發(fā)電板包括銅極板(2)和粘貼在銅極板(2)上下兩面上的方形A壓電陶瓷片(I)和B壓電陶瓷片(3)，A壓電陶瓷片(I)和B壓電陶瓷片(3)均沿厚度方向極化且極化方向相反，其特征在于:輔助支撐部件包括A支撐板(10)、B支撐板(9)、上壓板(8)和聯(lián)接件(7);彈性杠桿包括T型彈性桿(5)、設(shè)置在T型彈性桿(5)上側(cè)靠近上壓板(8)的主動壓塊(6)和設(shè)置在T型彈性桿(5)下側(cè)端部的從動壓塊(4) ;A支撐板(10)、銅極板(2)、B支撐板(9)、T型彈性桿(5)和上壓板(8)依次從下向上設(shè)置，A支撐板(10)、銅極板(2)、B支撐板(9)、T型彈性桿(5)和上壓板(8)上均開設(shè)有可供聯(lián)接用的聯(lián)接孔，由聯(lián)接件(7)穿過每個零件的聯(lián)接孔后將其聯(lián)接為一體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸臂杠桿式壓電發(fā)電組件，其特征在于，在豎直方向上，所述的主動壓塊(6)上表面的高度比上壓板(8)上表面的高度高0.3 1.5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的懸臂杠桿式壓電發(fā)電組件，其特征在于:所述的主動壓塊(6)粘接在T型彈性桿(5)上側(cè)靠近上壓板(8)的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的懸臂杠桿式壓電發(fā)電組件，其特征在于:所述的主動壓塊(6)焊接在T型彈性桿(5)上側(cè)靠近上壓板(8)的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的懸臂杠桿式壓電發(fā)電組件，其特征在于:所述的從動壓塊(4)粘接在T型彈性桿(5)下側(cè)端部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的懸臂杠桿式壓電發(fā)電組件，其特征在于:所述的從動壓塊(4)焊接在T型彈性桿(5)下側(cè)端部。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的懸臂杠桿式壓電發(fā)電組件，其特征在于:所述的A壓電陶瓷片(I)和B壓電陶瓷片(3)均連接到能量轉(zhuǎn)換電路和能量儲存裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種懸臂杠桿式壓電發(fā)電組件，包括壓電發(fā)電板、輔助支撐部件和彈性杠桿，所述的壓電發(fā)電板包括銅極板(2)和粘貼在銅極板(2)上下兩面上的方形A壓電陶瓷片(1)和B壓電陶瓷片(3)；輔助支撐部件包括A支撐板(10)、B支撐板(9)、上壓板(8)和聯(lián)接件(7)，彈性杠桿包括T型彈性桿(5)、設(shè)置在T型彈性桿(5)上側(cè)靠近上壓板(8)的主動壓塊(6)和設(shè)置在T型彈性桿(5)下側(cè)端部的從動壓塊(4)。A支撐板(10)、銅極板(2)、B支撐板(9)、T型彈性桿(5)和上壓板(8)依次從下向上設(shè)置，由聯(lián)接件(7)穿過每個零件的聯(lián)接孔后將其聯(lián)接為一體。
文檔編號H02N2/18GK103178746SQ20131013882
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月22日
發(fā)明者殷振, 李華, 李艷, 曹自洋, 王廣勛, 伯潔, 汪幫富, 謝鷗, 任坤, 張峰 申請人:蘇州科技學(xué)院