双稳态压电悬臂梁发电箱的制作方法

本发明为一种双稳态压电悬臂梁发电箱，可有效采集集行人和车辆对地面作用的机械能进行发电，属于压电发电及再生环保新能源领域。

背景技术：

随着天然气、石油等非再生能源的减少，能源成为当今世界面临的一重大问题，寻求新能源的同时利用可再生能源是必不可少的。利用压电材料的正压电效应可将周国环境中的机械能转化成电能，以实现电子设备的自供能，可以实现能源循环再利用，既能够解决电池更换不方便问题，又能够节约能源，保护环境。

中国专利(公开号cn104009669a)公开了一种分块悬臂梁结构的压电地板装置，该发明在一个装置中利用顶板直接作用在压电片上进行发电，压电片变形比较小，很难推广。中国专利(公开号cn103986369a)公开了一种利用沥青路面变形进行发电的道路发电装置，该装置利用安装在路面沥青中的压电发电装置进行发电，但压电片的变形比较小，且难以实现。

技术实现要素：

为了能够最大限度的利用机械能，并且充分利用各种频率的振动进行发电，本发明提供了一种双稳态压电悬臂梁发电箱，其结构设计使之具有能在任何振动频率下都能有效发电的能力，只要作用有一定大小的力或震动就能正常工作，这使得此装置有广阔的应用前景。

为了解决上述技术问题，本发明双稳态压电悬臂梁发电箱的技术方案是：盖板与箱体通过螺钉连接；踏板的下表面安装有弹簧一，位于盖板上方，且与齿条连接；齿条下端部与内部装有弹簧一的套筒一连接；所述齿条与小齿轮啮合，带动大齿轮转动，小齿轮与大齿轮同轴固定；所述大小齿轮通过齿轮轴和轴承安装在箱体上；所述大齿轮与其两侧的双面齿条啮合；所述双面齿条上下端部与内部装有弹簧二的套筒二连接；所述双面齿条与跳动齿接触；所述跳动齿通过弹簧四以及转轴安装在跳动夹具上；所述跳动夹具上安装压电悬臂梁且与内部装有弹簧三的套筒三连接；所述套筒一、套筒二和套筒三起导向和限位的作用；所述压电悬臂梁基础层上下表面贴有压电片；所述箱体内壁上安装与悬臂梁末端磁铁块磁极相对的磁铁块；所述双面齿条上下移动时，跳动夹具会随其移动而移动，同时，在双面齿条和弹簧四的作用下跳动齿发生转动，当转动到一定角度时，跳动齿就越过与其接触的齿条轮齿，从而使跳动夹具产生跳动而使安装在其上的压电悬臂梁发生双稳态振动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是。

(1)本发明利用跳动夹具的跳动而使压电悬臂梁产生变形，由于弹簧三的影响，跳动齿每一次跳动过后，跳动夹具都会持续振动直到完全衰减，因此发电效率高。

(2)本发明由于跳动齿会持续跳动，这相当于系统持续受激，系统能量利用率高。

(3)本发明增加齿轮传动，使得踏板很小的位移也能使双面发条和跳动夹具产生较大的位移，压电悬臂梁也因此有较大的振幅，因此发电效果好。

附图说明

图1是本发明中压电悬臂梁的结构示意图；

图2是本发明中跳动夹具与跳动齿和弹簧四装配的结构示意图；

图3是本发明中跳动夹具装配结构剖视示意图；

图4是本发明中同轴齿轮的结构示意图；

图5是本发明中整体外形结构示意图；

图6是本发明中整体外形结的全剖示意图；

图中：

1-踏板2-盖板3-箱体

4-齿条5-弹簧一6-小齿轮

7-大齿轮8-套筒一9-双面齿条

10-弹簧二11-套筒二12-压电悬臂梁

13-磁铁块一14-磁铁块二15-齿轮轴

16-轴承17-跳动夹具18-跳动齿

19-弹簧三20-跳动齿转轴21-弹簧固定销

22-弹簧四23-套筒三

具体实施方案

下面结合具体实施方案对本发明作进一步详细地描述。

如图1至图6所示，本发明双稳态压电悬臂梁发电箱，盖板2与箱体3通过螺钉连接；踏板1的下表面安装有弹簧一5，位于盖板2上方，且与齿条4连接；所述齿条4下端部与内部装有弹簧一5的套筒一8连接；所述齿条4与小齿轮6啮合，带动大齿轮7转动，小齿轮6与大齿轮7同轴固定；所述大小齿轮7/6通过齿轮轴15和轴承16安装在箱体3上；所述大齿轮7与其两侧的双面齿条9啮合；所述双面齿条9上下端部与内部装有弹簧二10的套筒二11连接；所述双面齿条9与跳动齿18接触；所述跳动齿18通过弹簧四22以及转轴20安装在跳动夹具17上；所述跳动夹具17上安装压电悬臂梁12且与内部装有弹簧三19的套筒三23连接；所述套筒一8、套筒二11和套筒三23都起导向和限位的作用；所述压电悬臂梁12基础层上下表面贴有压电片；所述箱体3内壁上安装与压电悬臂梁12末端磁铁块一13磁极相对的磁铁块二14；所述双面齿条9上下移动时，跳动夹具17会随其移动而移动，同时，在双面齿条9和弹簧四22的作用下跳动齿18发生转动，当转动到一定角度时，跳动齿18就越过与其接触的齿条轮齿，从而使跳动夹具17产生跳动而使安装在其上的压电悬臂梁12发生双稳态振动。

所述弹簧一5、弹簧二10、弹簧三19和弹簧四22弹性回复力适当。

所有压电悬臂梁12通过导线并联连接至跳动夹具17的能量储存装置。

所述压电悬臂梁12上下表面铺设电极，并且压电层和基础层分别连有导线。

所述压电悬臂梁12保护层材料为聚酯，压电层材料为极化后的pvdf，基础层的材料为铜、钢和铝合金中的一种。

本发明双稳态压电悬臂梁发电箱可应用于人流量、车流量较大的地方，可用于为路灯、自动售货机等孤立电子器件供电。

综上所述，本发明双稳态压电悬臂梁发电箱利用增速齿轮传动将脚踩地时的微小垂直位移转变成压电悬臂梁的大幅度振动，克服了频率对发电限制的缺陷；同时，由于跳动齿和跳动夹具的应用，踏板每一次移动都会导致悬臂梁多次受激，大大的提高了将机械能到电能的转化效率，提高了发电电量。本装置结构新颖，发电效率高，能量利用率高，使用方便。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护范畴。

技术特征：

技术总结
本发明公开了双稳态压电悬臂梁发电箱，包括踏板、盖板、箱体、齿轮、齿条、弹簧、套筒、双面齿条、跳动夹具、跳动齿、悬臂梁和磁铁块，所述盖板与箱体通过螺钉连接，踏板位于盖板上方，与齿条连接，齿条下端部与内部装有弹簧的套筒连接，齿条与小齿轮啮合，小齿轮与大齿轮同轴固定，大齿轮与其两侧的双面齿条啮合，双面齿条与跳动齿接触，跳动齿通过弹簧以及转轴安装在跳动夹具上，跳动夹具上安装压电悬臂梁且与内部装有弹簧的套筒连接，所述压电悬臂梁基础层上下表面贴有压电片，箱体内壁上安装与悬臂梁末端磁铁块磁极相对的磁铁块。

技术研发人员：姚明辉;夏委;张伟;刘鹏飞;马立
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2017.08.28
技术公布日：2018.01.09