一种模块化的地埋式压电发电装置的制造方法
【技术领域】
[0001]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，涉及一种模块化的地埋式压电发电装置。
【背景技术】
[0002]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。国内外所研究的利用人体动能进行压电发电装置较多，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，但是人体踩踏该装置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。
[0003]为了利用人体踩踏楼前台阶的能量进行发电，公开号为CN102064734A的专利文献公开了一种楼前台阶的压电发电装置，把压电陶瓷设置于上地毯和下地毯之间，通过人体对压电陶瓷的踩踏产生电能并进行能量收集，该装置具有结构简单，成本低，发电量集中等优点，但是该装置也存在一定的不足:压电转化效率低，人体踩踏地毯后直接冲击压电陶瓷片，易导致压电陶瓷片脆性破裂损坏。
[0004]专利号为201320203629.7，发明名称为一种悬臂压电发电组件的专利文献公开了一种利用悬臂杠杆原理的压电发电装置，该装置解决了人体踩踏发电装置产生的不适感，但是在后期深入的实验中发现，在压电材料的脆性失效变形范围内，压电发电板末端施加外力或位移后，同一横截面内压电发电板固定端在竖直方向位移最小，自由端位移最大，但是压电发电板固定端的压电陶瓷形变和应力最大，越趋向于自由端其压电陶瓷形变和应力越小，自由端的压电陶瓷形变和应力为零。由于压电发电板的发电量和压电陶瓷的应力大小成正比，因此压电发电板固定端的发电量最大，趋向于自由端发电量逐渐减小，自由端末端发电量为零，也即是该悬臂压电发电组件不能充分的利用人体动能，充分提高压电发电板的发电转化效率。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种新型的模块化的地埋式压电发电装置，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。
[0006]—种模块化的地埋式压电发电装置，包括箱体、传动装置和等应力压电发电模块。
[0007]箱体包括基体、安装在基体上的箱体上盖板、支撑限位条、传动杆支撑座、弹簧和短螺栓。箱体基体一较长侧壁开有用以插入等应力压电发电模块的贯穿槽，贯穿槽分多层排布，每层贯穿槽等距排列。在每个贯穿槽内表面下侧，贴近内壁向下开有供压电发电单元定位的槽。与该侧壁相对侧壁的内壁相应地开有供等应力压电发电模块定位的槽;箱体的基体和上盖板均开设有可供联接用的联接孔，由短螺栓穿过联接孔后将其联接为一体;上盖板上表面边缘上安装有若干支撑限位条;传动杆支撑座底座和箱体基体的底板内侧均开设有可供联接用的联接孔，由短螺栓穿过联接孔后将其联接为一体;弹簧放置在传动杆支撑座内部。
[0008]传动装置包括踏板和联接在踏板上的传动杆，踏板设置在箱体的上方，箱体内部底板安装有内含弹簧的传动杆支撑座，箱体上盖板开有容纳传动杆通过的限位孔，踏板和传动杆上端面均开设有可供联接用的联接孔，传动杆为圆柱体，下端面开有用以容纳弹簧的孔，圆柱面两侧等距开有垂直于轴线方向的窄槽，用以与等应力压电发电模块的上压板配合。传动杆穿过箱体上盖板与等应力压电发电模块联接；当传动杆穿过上盖板限位孔插入支撑座后，传动杆以及联接在传动杆上的踏板就不能再前后左右移动，只能上下移动。
[0009]等应力压电发电模块包括基板、限位螺栓、压电发电单元和上压板，等应力压电发电模块从箱体侧面插入箱体，基板与箱体内部的凹槽配合，上压板与传动杆上的窄槽配合；上压板长度上比基板短，宽度上比基板宽;压电发电单元通过长螺栓平行固定在基板上;等应力压电发电模块的基体上开设有可供联接用的联接孔，上压板上开设有供限位螺栓穿过的限位孔，两者由限位螺栓穿过联接孔后将其联接为一体;联接后上压板就不能再前后左右移动，只能上下移动，上压板的上表面与压电发电单元的主动压块的上表面相接触。
[0010]压电发电单元包括压电发电板、弹性杠杆和辅助支撑部件，所述的压电发电板包括铜极板和粘贴在铜极板上下两面上的方形上压电陶瓷片和下压电陶瓷片，上压电陶瓷片和下压电陶瓷片均沿厚度方向极化且极化方向相反，其特征在于:弹性杠杆包括弹性杆、设置在弹性杆上侧靠近长螺栓的主动压块和设置在弹性杆下侧端部的从动压块，主动压块通过粘接或者焊接设置在弹性杆上侧靠近折弯处的位置，主动压块到折弯处的距离为弹性杆悬臂长度的1/10?1/2，从动压块通过粘接或者焊接设置在弹性杆下侧端部;辅助支撑部件包括凹弧面底板和长螺栓，凹弧面底板、铜极板和弹性杆依次从下向上设置，凹弧面底板、铜极板和弹性杆上均开设有可供联接用的联接孔，由长螺栓穿过每个零件的联接孔后将其联接为一体并固定在基板上表面。
[0011]当弹性杆的折弯端部由长螺栓和发电单元底座夹紧固定后，弹性杆就形成了压电发电板杠杆结构，弹性杆被固定处为支点，主动压块到支点段为动力臂，从动压块到支点段为阻力臂。
[0012]在竖直方向上，所述的主动压块上表面的高度比长螺栓上表面的高度高0.2?
1.8mm;凹弧面底板长度方向、宽度方向上均轴对称，两端高起联接长方体凸台，凸台上表面开设有用来联接用的联接孔，凹弧面底板中间为下凹弧面，凹弧面底板的凹弧面在底面上投影的长度2压电陶瓷片的长度，凹弧面底板的凹弧面在底面上投影的宽度2压电陶瓷片的宽度，凹弧面垂直于宽度方向的截面形状为一抛物线，抛物线的P值在187.3-328.5之间；在凹弧面的最高处，以凸台相对面距离为长，凹弧面宽度为宽，向下切除深2?5mm的凹槽作为压电陶瓷片的限位槽;凹弧面底板垂直于弧面轴心的两侧，以螺钉联接与凹弧面底板长度相同的长方形挡板用以限制压电陶瓷片的位置;凹弧面底板、支撑板、主动压块和从动压块均为非导电材料;上压电陶瓷片、下压电陶瓷片和铜极板均通过串联或并联方式联接于能量转换电路和能量储存装置。
[0013]凹弧面底板、支撑板、主动压块和从动压块均为非导电材料。所述的凹弧面底板、上压板、支撑板、主动压块和从动压块为塑料材料、木质材料、陶瓷材料、玻璃材料或橡胶材料。
[0014]当人体踩踏踏板时，踏板和传动杆向下移动，带动等应力压电发电模块的上压板向下移动，上压板把运动传递给模块中的压电发电单元的主动压块。根据杠杆原理，设置在弹性杆下侧的从动压块就会向下移动多于主动压块下移的距离，即只需对踏板向下踩踏很小的距离，即可驱动压电发电板自由端向下移动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。
[0015]从动压块驱动压电发电板自由端向下移动，随着从动压块的逐步向下移动，压电陶瓷片中间受压下凹，逐渐和凹弧面底板的上凹弧面相贴合，从而保证了压电发电板从中间到两端每段压电陶瓷片均产生形变和每段压电陶瓷片产生应力的均匀性，每段压电陶瓷片的应力均为常值，且这个应力值与凹弧面底板上凹弧面的抛物线参数有关，合理设置凹弧面底板上凹弧面的抛物线参数，保证压电陶瓷片在其脆性失效变形范围内，避免了单纯压电发电板在中间发电量大、两端发电量小等问题，使每段压电陶瓷片均发生应力，充分提高了压电发电板压电陶瓷片的压电转换效率。
[0016]当人体踩踏结束脚抬起后，传动杆下端的弹簧由于踏板压缩产生的势能开始释放，弹起踏板到