一种基于压电材料的发电地板的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于压电材料的发电地板，该发电地板是由顶顶板1、底座2、支座3和若干个压电材料结构单元4组成。压电材料结构单元4由保护片5、双夹持结构6和压电片7组成。顶板1上的定位拴9和支座3上的定位孔8相匹配。压电材料结构单元4放在支座3上，每一个压电材料结构单元4和支座3上面的凹槽尺寸都相匹配。若干个压电材料结构单元4中间的压电片7用导线连接。本发明是根据地板的尺寸以及结构单元的个数用串并联混合方式，从而使得输出功率最大，再用接口电路对发电地板产生的电压进行整流和稳压。
【专利说明】一种基于压电材料的发电地板
【技术领域】
[0001]本发明涉及新型能源器件的机械【技术领域】，特别涉及一种基于压电材料的发电地板。
【背景技术】
[0002]目前利用机械能转化为电能的发电方式已经很常见，近年来利用人体行走或车辆正常行驶实现发电的地板的研究也受到了重视，因此，地板内部结构的发电原理与整体结构非常值得研究。现今已有利用电磁感应原理以及压电方式的发电地板问世，但是普遍存在的问题就是能量的转换效率很低。例如，中国科学院上海硅酸盐研究罗豪甦等人申请了具有金属帽形状的铙钹及弯月结构的发电地板的发明专利，然而金属帽形状的铙钹结构或弯月结构具有力学弹性形变量小，对较小外力的激励不是十分敏感的问题，从而制约发电地板的发电效率。而本发明提出一种新型结构的发电地板，能够将通常被废弃的能量高效地回收再利用，并且不产生任何有毒或有害物质的排放，符合了国家环境保护可持续发展的要求，并且很好地解决了高效能量转换的问题。
【发明内容】
[0003]本发明目的在于提供了一种基于压电材料的发电地板，该发电地板是基于压电材料制作而成，是利用人踩踏、步行、跳跃以及各种车辆行驶产生的机械能转换为电能的发电地板。本发电地板中的发电单元使用一种双夹持结构，具有形变量大，对较小外力的激励也十分敏感，从而大幅度提高发电效率。
[0004]本发明解决其技术问题所采取的技术方案是:一种基于压电材料的发电地板，该发电地板是由顶板1、底座2、支座3和若干个压电材料结构单元4组成；压电材料结构单元4是由保护片5、双夹持结构6和压电片7组成；顶板I和底座2与支座3通过匹配的定位拴9和定位孔8相匹配联接；多层的压电材料结构单元4摆放入支座3上面的凹槽中，每一个压电材料结构单元4和支座3上面的凹槽尺寸都相匹配，若干个压电材料结构单元4中间的压电片7用导线连接；双夹持结构6是由2个具有五个折面的近似弓形片组成，双夹持结构6中折面10和折面11为平面或内凹弧形曲面或外凹弧形曲面；双夹持结构6的折面12和折面13上粘结有保护片5，所述的压电片7位于双夹持结构6的两片近似弓形片之间并与这两片近似弓形片为固定连接。
[0005]本发明的保护片5粘连在双夹持结构6的水平折面上，起到对压电片缓冲的作用，防止压电片受力不均匀被压碎。所述的每个压电材料结构单元4用导线以串并联方式连接。当对压电材料结构单元4施加压力时，压电片7受到向外延伸的力而发生形变从而将机械能转化为电能。
[0006]本发明是根据地板的尺寸以及结构单元的个数用串并联混合方式，从而使得输出功率最大，再用接口电路对发电地板产生的电压进行整流和稳压。
[0007]本发明上述的双夹持结构6是由2个具有五个折面的近似弓形片组成，其中折面10和折面11为平面或内凹弧形曲面或外凹弧形曲面,折面10和折面12的夹角为135度至180度；折面10和折面12的夹角也可以为O度至90度。
[0008]本发明上述的压电片7是采用压电陶瓷或压电复合材料或压电高分子材料。
[0009]有益效果:
[0010]1、本发明的发电地板结构新颖，制作方便，可以适用于多种场所。
[0011]2、本发明的发电地板符合国家环保的可持续发展要求，并且很好地解决了高效能量转换的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明的结构示意图。
[0013]图2为本发明支座的结构示意图。
[0014]标识说明:8_定位孔。
[0015]图3为本发明顶板的结构示意图。
[0016]标识说明:9_定位拴。
[0017]图4为本发明压电片极化方向的状态示意图。
[0018]标识说明:(a)和(b)表示单片压电材料；(C)表示多层压电材料，图中箭头表示极化方向，电极方向。
[0019]图5为本发明双夹持结构的夹角为135度至180度的状态示意图。
[0020]标识说明:(a)、(b)、(C)、(d)为不同形状的双夹持结构状态图；10_折面；11_折面；12_折面；13-折面。
[0021]图6为本发明双夹持结构的夹角为O度至90度的状态示意图。
[0022]标识说明:(a)、(b)、(C)、(d)为不同形状的双夹持结构状态图。
[0023]图7为本发明发电单元的组合方式的结构示意图。
[0024]图8为本发电地板的电路简略图。
【具体实施方式】
[0025]以下实施例结合说明书附图对本发明创造作进一步的详细说明。
[0026]如图1和图8所示，本发明提供了一种基于压电材料的发电地板，该发电地板是由顶板1、底座2、支座3、压电材料结构单元4、保护片5、双夹持结构6、压电片7和若干个发电单元组成。顶板I和底座2分别与支座3用匹配的定位栓和定位孔连接，压电材料结构单元4为多层的，并放在支座3上，支座3上面有凹槽，每一个压电材料结构单元4和支座3上面的凹槽尺寸都相匹配。压电材料结构单元4中间的压电片7是用导线连接。所述压电材料结构单元4是由双夹持结构6、保护片5和压电片7组成。保护片5粘连在双夹持结构6的水平折面上，起到对压电片缓冲的作用，防止压电片受力不均匀被压碎。所述发电单元是由顶板1、底座2和若干压电材料结构单元4组成。每个压电材料结构单元4用导线以串并联方式连接。本发明是根据地板的尺寸以及结构单元的个数用串并联混合方式，从而使得输出功率最大，再用接口电路对发电地板产生的电压进行整流和稳压。
[0027]本发明上述的双夹持结构6是由2个具有五个折面的近似弓形片组成，其中折面10和折面11为平面或内凹弧形曲面或外凹弧形曲面。[0028]本发明上述的压电片7是采用压电陶瓷或压电复合材料或压电高分子材料。
[0029]如图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，本发明的安装方法包括如下步骤:
[0030]步骤1:制作合适尺寸的近似弓形结构的双夹持结构6 ；
[0031]步骤2:使用硬质金属或硬质塑料做合适大小的四个保护片5并将其分别粘连在双夹持结构6的水平折面上；
[0032]步骤3:用压电材料做压电片7，将压电片的两面的两端分别粘上步骤2所述的粘有保护片的双夹持结构6 ；
[0033]步骤4:根据上述步骤制作多个压电材料结构单元4 ；
[0034]步骤5:根据上述压电材料结构单元的尺寸制作带有凹槽的支座，并在支座上制作定位孔；
[0035]步骤6:根据上述压电材料结构单元和支座的尺寸制作顶板和底座，顶板上制作有与支座上定位孔相匹配的定位栓9 ；
[0036]步骤7:通过粘结、金属紧固件连接或焊接方法把上述结构组装在一起即得到发电地板。
【权利要求】
1.一种基于压电材料的发电地板，其特征在于:所述发电地板是由顶板(I)、底座(2)、支座(3)和若干个压电材料结构单元(4)组成；压电材料结构单元(4)由保护片(5)、双夹持结构(6)和压电片(7)组成；顶板(I)和底座(2)与支座(3)通过匹配的定位拴(9)和定位孔(8)相匹配联接；多层的压电材料结构单元(4)摆放入支座(3)上面的凹槽中，每一个压电材料结构单元(4)和支座(3)上面的凹槽尺寸都相匹配，若干个压电材料结构单元(4)中间的压电片(7)用导线连接；双夹持结构(6)是由2个具有五个折面的近似弓形片组成，双夹持结构(6)中折面(10)和折面(11)为平面或内凹弧形曲面或外凹弧形曲面；双夹持结构(6)的折面(12)和折面(13)上粘结有保护片(5)。
2.根据权利要求1所述的一种基于压电材料的发电地板，其特征在于:所述双夹持结构(6)的折面(10)和折面(12)的夹角为135度至180度或者为O度至90度。
3.根据权利要求1所述的一种基于压电材料的发电地板，其特征在于:所述的压电片(7)是采用压电陶瓷或压电复合材料或压电高分子材料。
4.根据权利要求1或3所述的一种基于压电材料的发电地板，其特征在于:所述的压电片(7)位于双夹持结构(6)的两片近似弓形片之间并与这两片近似弓形片为固定连接。
5.一种基于压电材料的发电地板的安装方法，其特征在于:所述方法包括如下步骤: 步骤1:制作合适尺寸的近似弓形结构的双夹持结构(6)； 步骤2:使用硬质金属或硬质塑料做合适大小的四个保护片(5)并将其分别粘连在双夹持结构(6)的水平折面上； 步骤3:用压电材料做压电片(7)，将压电片的两面的两端分别粘上步骤2所述的粘有保护片的双夹持结构(6)； 步骤4:根据上述步骤制作多个压电材料结构单元(4)； 步骤5:根据上述压电材料结构单元的尺寸制作带有凹槽的支座，并在支座上制作定位孔； 步骤6:根据上述压电材料结构单元和支座的尺寸制作顶板和底座，顶板上制作有与支座上定位孔相匹配的定位栓(9)； 步骤7:通过粘结、金属紧固件连接或焊接方法把上述结构组装在一起即得到发电地板。
【文档编号】E01C9/00GK103628381SQ201310667006
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月10日 优先权日:2013年12月10日
【发明者】曹自平, 刘瑞杰, 朱洪波, 陈敏 申请人:南京邮电大学