一种基于压电原理的连续发电装置的制作方法

本发明涉及一种发电装置，属于机械与能源技术领域，尤其是涉及一种基于压电原理的连续发电装置。

背景技术：

人在走路的时候会对鞋子有较大的压力作用，这一部分压力往往容易被人们忽视掉。目前利用该能量的方式主要由两种：第一种基于电磁感应原理，第二种基于压电效应。对于第一种，由于装置体积较为庞大不适合用在鞋底这种空间狭小的场合，对于第二种，现有不少研究成功将压电片置于鞋底进行发电。

目前，基于压电效应的鞋底发电装置都存在一共共同的问题：直接由压电效应产生的电能大小可观，但该电能经过整流后利用率显著降低。其原因在于压电效应所产生的电流断断续续，频率极低，频率一般与人走路频率一致。这些条件导致了电能利用率的降低。

中国专利CN102475371A公开了一种发电鞋，包括鞋子，鞋子底部设有压力传动装置，压力传动装置与齿轮相连，齿轮上设有弹性元件，齿轮的传动部分与发电装置相连，发电装置与电路板连接，电路板与蓄电装置连接，鞋子上还设有开关。但是该专利中未说明具体的技术细节，只是介绍了功能模块的作用。并且其中使用的螺旋弹簧，不容易固定，在鞋子运动过程中稳定性差，可能会散开，故障率高，并且卷簧和齿轮组的连接时很大的问题，通常是通过齿轮上的凹槽连接，这样的连接方式会降低零件寿命。而本申请中使用了有导向装置的压缩弹簧，明显效果更好。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种通过转动转化系统和传动系统将压力转为转动动能，以此驱动特别制作的轨道盘与发电片产生运动进行发电的基于压电原理的连续发电装置，可置于鞋底。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于压电原理的连续发电装置，包括封装在整体封装组件内的限位器、滚珠丝杠传动组件、齿轮啮合组件、轨道盘组件、压电组件及回弹组件，

所述的限位器与滚珠丝杠传动组件过度配合，所述的滚珠丝杠传动组件与齿轮啮合组件通过键连接，所述的齿轮啮合组件与轨道盘组件连接，所述的压电组件安装在轨道盘组件和整体封装组件之间，所述的回弹组件与滚珠丝杠传动组件保持接触。

所述的滚珠丝杠传动组件包括丝杠、螺母、滚珠及反向器，所述的螺母的法兰部分与限位器连接并与回弹组件保持接触，所述的丝杠与齿轮啮合组件通过键连接并与整体封装组件过度配合。

所述的压电组件包括圆形压电双晶片、细轴、滚珠轴承、紧固片、导线、垫片，所述的滚珠轴承通过细轴及紧固片以对称形式安装在圆形压电双晶片上，滚珠轴承放置于轨道盘组件上并保持接触，所述导线并联所述圆形压电双晶片的压电片并将所发出的电传出，所述的垫片与圆形压电双晶片及整体封装组件连接。

所述的齿轮啮合组件由相互啮合的大齿轮及小齿轮组成，所述的大齿轮与轨道盘组件连接，所述的小齿轮与滚珠丝杠传动组件的丝杠通过键连接。

所述的限位器为柱状结构，与滚珠丝杠传动组件的螺母连接，并与整体封装组件间隙配合。

所述的轨道盘组件包括正弦曲线轨道及阶梯轴，所述的正弦曲线轨道与压电组件的滚珠轴承相接触，所述阶梯轴与齿轮啮合组件的大齿轮相连接并与整体封装组件过度配合。

所述的阶梯轴包括两个不同直径的轴段，分别与大齿轮连接和整体封装组件过度配合。

所述的回弹组件与滚珠丝杠传动组件的螺母的法兰部分保持接触，保证回弹组件和滚珠丝杠同步运动，在回弹组件恢复阶段驱动滚珠丝杠运动。

所述的整体封装组件包括主壳体、滚珠轴承及封装盖，压电组件的圆形压电双晶片、齿轮啮合组件、滚珠丝杠传动组件、限位器、轨道盘组件及回弹组件内置在主壳体内，所述的滚珠轴承与轨道盘组件和滚珠丝杠传动组件过度配合，所述的封装盖与压电组件的垫片连接并与限位器间隙配合。

上述组件中，压电组件的圆形压电双晶片一端通过固定块与整体封装组件固定，另一端通过固定在圆形压电双晶片上的轴承与轨道盘组件接触，轨道盘组件通过齿轮啮合组件和滚珠丝杆传动组件连接，当滚珠丝杆的法兰受踩踏时，法兰下降并使得与限位片接触的弹簧压缩，由于限位器的作用，法兰不会旋转从而使得丝杆旋转，丝杆通过与其连接的齿轮啮合组件将转动传递到轨道盘组件上，压电双晶片固定，由于压电双晶片与轨道盘组件的相对运动从而使压电片发生振动，使得压电片发生形变产生电荷；在法兰上的外力撤除时，法兰由于弹簧受压缩而产生的弹力而上升，从而带动轨道盘组件反向运动，使得压电双晶片继续震动，持续的产生电荷，整套装置将人体行走的每一步施加的瞬时冲击力从分转化为连续的电能。

整体封装组件的外壳包围着整个装置，在装置受到过大的压力时能控制法兰下降的距离，避免丝杆过度旋转保护丝杆。同时限位片与整体封装组件的接触保证了在弹簧回弹时法兰也不会回弹过度。

在用法兰固定的限位片上固定有数个限位柱，不仅可以限制弹簧的位置防止滑动还能在法兰压到最底部时提供支撑。

与现有技术相比，本装置能够使发电电流呈周期性、连续性，这样给后续电能利用带来的极大的便利，同时结构紧凑，整体装置完全可以放入鞋底，利用人体走路时浪费的能量，符合可持续绿色发展的要求。

附图说明

图1为本发明的内部结构轴测图；

图2为本发明的内部结构正视图；

图3为本发明的内部结构俯视图；

图4为本发明的内部结构仰视图；

图5为本发明的整体封装图；

其中：1-整体封装组件，2-轨道盘，3-轴承A，4-丝杆，5-轴承B，6-法兰，7-固定块，8-弹簧，9-限位片，10-大齿轮，11-小齿轮，12-圆形压电双晶片，13-法兰垫片，14-限位柱，15-螺栓A，16-螺栓B，17-中心轴，18-螺栓C，19-螺栓D，20-螺母，21-紧固片，22-细轴，23-微型滚珠轴承，24-导线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种基于压电原理的连续发电装置，其结构如图1-5所示，包括封装在整体封装组件内的限位器、滚珠丝杠传动组件、齿轮啮合组件、轨道盘组件、压电组件及回弹组件。其中，回弹组件由限位片9、限位柱14和两个具有合适弹性系数的弹簧8组成，弹簧8套在限位柱14上，弹簧8可以上下伸缩而不会左右移动。滚珠丝杠传动组件由丝杆4、螺母20、法兰6组成，丝杆4在法兰6下压时会进行旋转，螺母20将丝杆4连接在限位片20上，法兰6与限位片20之间还设有法兰垫片13，并且经螺栓C18和螺栓D19固定连接。回弹组件的作用是将下压的法兰6在撤销外力的时候带动滚珠丝杆传动组件回到原位；压电组件由圆形压电双晶片12、细轴22、微型滚珠轴承23、紧固片21、导线及固定块7构成，其中导线24可将圆形压电双晶片12产生的电转移到外界用电器或外界储能装置，微型滚珠轴承23将滑动摩擦转化为滚动摩擦提高装置运行时的流畅性，细轴22经螺栓A15连接在圆形压电双晶片12上；齿轮啮合组件由两个相互啮合的大齿轮10和小齿轮11组成，改变齿轮的传动比可带来不同的发电效果，大齿轮10还通过螺栓B16与圆形压电双晶片12连接；轨道盘组件由轨道盘2和中心轴17构成，中心轴17与大齿轮10和轨道盘2进行连接，得到相同的角速度；整体封装组件1根据内部结构的大小所设计，轴承A3和轴承B5安置在整体封装组件1的底部，分别装在中心轴17以及丝杆4上，整体封装组件1能有效的保护内部结构，防止因为振动和冲击带来的故障。

工作原理：使用时，各组件封装在整体封装组件1里，滚珠丝杆传动组件的法兰6伸出整体封装组件外面几毫米，导线24伸出整体封装组件接在外界用电器或储能器上。将本发明正放于地板上，当人脚踩时，法兰6将受到来自人的压力，从而向下运动，丝杆4装在轴承上，可将法兰6的直线运动转化为丝杆4的转动，小齿轮11通过键与丝杆4连接，丝杆4的转动会带动小齿轮11转动，小齿轮11与大齿轮10相互啮合，从而大齿轮10也将转动，大齿轮10和轨道盘2共同装在中心轴17上面，因而轨道盘2开始转动，而圆形压电双晶片12固定不随轨道盘2旋转，轨道盘2的边缘是高低不平的轨道，所述微型滚珠轴承23因为轨道盘的转动会迅速的上下移动，从而圆形压电双晶片12会发生形变产生电量，通过导线24可供外界用电器或储能器使用。