专利名称：一种悬臂杠杆式压电发电组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用压电陶瓷材料正压电效应的能量回收装置，具体来说，涉及一种悬臂杠杆式压电发电组件。
背景技术：
随着能源的日趋紧张和人们环保意识的日趋增强，节能环保等问题以及环保无污染新能源的开发和利用倍受世界各国的关注和重视。利用压电陶瓷正压电效应进行发电的装置因其具有环保节能、结构简单、无电磁干扰、易于实现、成本低等优点，成为世界各国研究人员的关注热点。利用人体动能进行压电发电，符合当前节能环保的要求，并具有较高的经济效益。国内外所研究的利用人体动能进行压电发电装置较多，典型的如压电发电鞋，国内公开号为CN101728975A专利所发明的一种基于人体动能激励的压电发电装置及其发电方法，它为一种脚型的压电发电复合板，安装于鞋垫或鞋底，将人们日常行走运动的部分能量转换为电能。但是，目前的压电发电鞋或鞋垫纯属个人行为，发电分散，发电量小，直接踩踏压电陶瓷片易导致其破裂损坏，经济实用性差。如果利用轨道交通、商场、楼梯口等人流量较大的场合人们踩踏的动能进行压电发电，则具有较大的经济效益。为了提高现有利用人体动能进行压电发电的效益，公开号为CN201956927U的专利文献公开了一种利用人体频繁踏走的压电发电装置，该装置利用人体对弹簧杠杆机构踩踏形成弹簧形变的势能，进而释放弹簧形变势能对压电材料敲击进行压电发电，该装置结构简单，成本低，发电量集中，但是在实验中发现，该装置存在一定的不足，由于人体踩踏杠杆结构后脚收起的速度较慢，弹簧形变势能释放后对压电陶瓷材料形成的敲击力很小，影响了压电陶瓷片的发电转换效率，另外，人体踩踏的行程大于2mm，有踩空等不适感。
发明内容
本发明提供了一种新型的悬臂杠杆式压电发电组件，目的是为了提高利用人体动能进行压电发电的转换效率，避免踩踏压电发电装置时有踩空等不适感和直接踩踏压电陶瓷片易导致其破裂损坏等问题。一种悬臂杠杆式压电发电组件，包括压电发电板、辅助支撑部件和弹性杠杆，所述的压电发电板包括铜极板2和粘贴在铜极板2上下两面上的方形A压电陶瓷片I和B压电陶瓷片3，A压电陶瓷片I和B压电陶瓷片3均沿厚度方向极化且极化方向相反，A压电陶瓷片I和B压电陶瓷片均连接到能量转换电路和能量储存装置；辅助支撑部件包括A支撑板10、B支撑板9、上压板8和联接件7 ;弹性杠杆包括T型弹性杆5、设置在T型弹性杆5上侧靠近上压板8的主动压块6和设置在T型弹性杆5下侧端部的从动压块4，主动压块6和从动压块4通过粘接或焊接方式和T型弹性杆5联接在一起，主动压块6到上压板8距离为T型弹性杆5悬臂长度的1/10到1/2，在竖直方向上，所述的主动压块6上表面的高度比上压板8上表面的高度高0.3^1.5mm。A支撑板10、铜极板2、B支撑板9、T型弹性杆5和上压板8依次从下向上设置，A支撑板10、铜极板2、B支撑板9、T型弹性杆5和上压板8上均开设有可供联接用的联接孔，由联接件7穿过每个零件的联接孔后将其联接为一体。当弹性杠杆的T型端部由辅助支撑部件固定后，弹性杠杆就形成了悬臂杠杆结构，弹性杠杆被辅助支撑部件固定处为支点，主动压块6到支点段为动力臂，从动压块4到支点段为阻力臂。当人踩踏T型弹性杆5上侧的主动压块6时，根据杠杆原理，设置在T型弹性杆5下侧的从动压块4就会向下移动多于主动压块6下移的距离，即只需对主动压块6向下踩踏很小的距离，即可驱动压电发电板一端向下弯曲较大的距离来实现人体动能到电能的能量转换，从而提高了压电发电板的压电转换效率。当人体踩踏结束释放主动压块6后，T型弹性杆5恢复到原来的形状，从动压块4和铜极板2脱离，当人体连续踩踏和释放主动压块6时，该压电发电组件可完成连续的压电发电过程。由于上压板8的支撑限位作用，限制主动压块6和人体仅能向下移动0.3^1.5mm,距离较短，无踩空等不适感，且避免了人体和压电陶瓷的直接接触，保证压电陶瓷不被冲击破裂或损坏。与现有技术相比，该悬臂杠杆式压电发电组件具有结构简单、功率容量大、整机制造装配容易、成本低、压电转换效率高、压电陶瓷不易损坏破碎、踩踏时无踩空等不适感、对环境无污染、使用寿命长等优点。
图1是本发明的结构示意图。图2是本发明的前视图。图3是本发明的系统结构示意图。图4是本发明中上压板8的结构示意图。
图5是本发明中T型弹性杆5的结构示意图。图6是本发明中B支撑板9的结构示意图。图7是本发明中铜极板2的结构示意图。图8是本发明中A支撑板10的结构示意图。图9是本发明中主动压块6的结构示意图。图10是本发明中从动压块4的结构示意图。图中标号说明:1.A压电陶瓷片，2.铜极板，3.B压电陶瓷片，4.从动压块，5.T型弹性杆，6.主动压块，7.联接件，8.上压板，9.B支撑板，10.A支撑板，11.能量转换电路和能量储存装置
具体实施例方式结合图1和图2所示，悬臂杠杆式压电发电组件包括压电发电板、辅助支撑部件和弹性杠杆，所述的压电发电板包括铜极板2和粘贴在铜极板2上下两面上的方形A压电陶瓷片I和B压电陶瓷片3，A压电陶瓷片I和B压电陶瓷片3均沿厚度方向极化且极化方向相反，铜极板2材料为铍青铜，长度为70mm，宽度为50mm，厚度为0.3mm，压电陶瓷片材料均为PZT-5,长度为50mm,宽度为50mm,厚度为0.2mm。辅助支撑部件包括A支撑板10、B支撑板9、上压板8和螺钉；弹性杠杆包括T型弹性杆5、设置在T型弹性杆5上侧靠近上压板8的主动压块6和设置在T型弹性杆5下侧端部的从动压块4，主动压块6和从动压块4通过粘接方式和T型弹性杆5联接在一起，主动压块6到上压板8距离为T型弹性杆5悬臂长度的1/5，在竖直方向上，所述的主动压块6上表面的高度比上压板8上表面的高度高1mm。A支撑板10、铜极板2、B支撑板9、T型弹性杆5和上压板8依次从下向上设置，A支撑板10、铜极板2、B支撑板9、T型弹性杆5和上压板8上均开设有可供联接用的联接孔，孔直径为4mm，由螺钉穿过每个零件的联接孔后将其联接为一体，螺钉公称直径为3mm。结合图3所示，A压电陶瓷片I和B压电陶瓷片3的两个电极通过导线分别连接于能量转换电路和能量储存装置，且A压电陶瓷片I和B压电陶瓷片3具有一公共零线。结合图4-10所示，为上压板8、T型弹性杆5、B支撑板9、铜极板2、A支撑板10、主动压块6和从动压块4的结构示意图，充分体现了各个零件的结构，以便理解各个零件之间的联接关系。当人踩踏T型弹性杆5上侧的主动压块6时，由于上压板8的支撑限位作用，主动压块6仅能向下移动1mm，又由于主动压块6到上压板8距离为T型弹性杆5悬臂长度的1/5，根据杠杆原理，设置在T型弹性杆5端部下侧的从动压块4向下移动5_，即驱动压电发电板一端向下弯曲5mm的距离,进而实现人体动能到电能的能量转换。当人体踩踏结束释放主动压块6后，T型弹性杆5恢复到原来的形状，从动压块4和铜极板2脱离，当人体连续踩踏和释放主动压块6时，该压电发电组件可完成连续的压电发电过程。当踩踏频率为IHz时，使用示波器对A压电陶瓷片I和B压电陶瓷片3的输出电压进行测量，其输出电压最大值分别为12.1V和11.2V，发电性能良好。
权利要求
1.一种悬臂杠杆式压电发电组件，包括压电发电板、辅助支撑部件和弹性杠杆，所述的压电发电板包括铜极板(2)和粘贴在铜极板(2)上下两面上的方形A压电陶瓷片(I)和B压电陶瓷片(3)，A压电陶瓷片(I)和B压电陶瓷片(3)均沿厚度方向极化且极化方向相反，其特征在于:辅助支撑部件包括A支撑板(10)、B支撑板(9)、上压板(8)和联接件(7);弹性杠杆包括T型弹性杆(5)、设置在T型弹性杆(5)上侧靠近上压板(8)的主动压块(6)和设置在T型弹性杆(5)下侧端部的从动压块(4) ;A支撑板(10)、铜极板(2)、B支撑板(9)、T型弹性杆(5)和上压板(8)依次从下向上设置，A支撑板(10)、铜极板(2)、B支撑板(9)、T型弹性杆(5)和上压板(8)上均开设有可供联接用的联接孔，由联接件(7)穿过每个零件的联接孔后将其联接为一体。
2.根据权利要求1所述的悬臂杠杆式压电发电组件，其特征在于，在竖直方向上，所述的主动压块(6)上表面的高度比上压板(8)上表面的高度高0.3 1.5mm。
3.根据权利要求1或2所述的悬臂杠杆式压电发电组件，其特征在于:所述的主动压块(6)粘接在T型弹性杆(5)上侧靠近上压板(8)的位置。
4.根据权利要求1或2所述的悬臂杠杆式压电发电组件，其特征在于:所述的主动压块(6)焊接在T型弹性杆(5)上侧靠近上压板(8)的位置。
5.根据权利要求1或2所述的悬臂杠杆式压电发电组件，其特征在于:所述的从动压块(4)粘接在T型弹性杆(5)下侧端部。
6.根据权利要求1或2所述的悬臂杠杆式压电发电组件，其特征在于:所述的从动压块(4)焊接在T型弹性杆(5)下侧端部。
7.根据权利要求1-6所述的悬臂杠杆式压电发电组件，其特征在于:所述的A压电陶瓷片(I)和B压电陶瓷片(3)均连接到能量转换电路和能量储存装置。
全文摘要
本发明公开了一种悬臂杠杆式压电发电组件，包括压电发电板、辅助支撑部件和弹性杠杆，所述的压电发电板包括铜极板(2)和粘贴在铜极板(2)上下两面上的方形A压电陶瓷片(1)和B压电陶瓷片(3)；辅助支撑部件包括A支撑板(10)、B支撑板(9)、上压板(8)和联接件(7)，弹性杠杆包括T型弹性杆(5)、设置在T型弹性杆(5)上侧靠近上压板(8)的主动压块(6)和设置在T型弹性杆(5)下侧端部的从动压块(4)。A支撑板(10)、铜极板(2)、B支撑板(9)、T型弹性杆(5)和上压板(8)依次从下向上设置，由联接件(7)穿过每个零件的联接孔后将其联接为一体。
文档编号H02N2/18GK103178746SQ20131013882
公开日2013年6月26日 申请日期2013年4月22日 优先权日2013年4月22日
发明者殷振, 李华, 李艳, 曹自洋, 王广勋, 伯洁, 汪帮富, 谢鸥, 任坤, 张峰 申请人:苏州科技学院