[发明专利]一种基于楼梯的压电发电装置

说明书

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，涉及一种基于楼梯的压电发电装置。

背景技术

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。

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。

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，压电悬臂梁末端施加外力或位移后，同一横截面内压电悬臂梁固定端在竖直方向位移最小，自由端位移最大，但是压电悬臂梁固定端的压电陶瓷形变最大，越趋向于自由端其压电陶瓷形变越小，自由端的压电陶瓷形变为零。由于压电悬臂梁的发电量和压电陶瓷的形变大小成正比，因此压电悬臂梁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，充分提高压电悬臂梁的发电转化效率。

发明内容

本发明提供了一种新型的基于楼梯的压电发电装置，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。

一种基于楼梯的压电发电装置，包括动子和定子两部分，动子由踏板和联接在踏板上的定位销构成，设置在定子的上方；定子由基板和安装在基板上的支撑限位条、弹簧和压电发电单元构成，基板上设置有与动子上定位销相配合的孔，当定位销插入到基板上的孔后，动子就不能再前后左右移动，只能上下移动；在基板上表面上安装有若干平行设置的支撑限位条，将基板分为若干个区域，在每个区域内安装有多个压电发电单元，每隔2-5个压电发电单元的间隔中安装有一个弹簧。

压电发电单元由上压板、T型弹性杆、设置在T型弹性杆上侧靠近上压板的主动压块、设置在T型弹性杆下侧端部的从动压块、圆弧面底板、支撑板、联接件、铜极板以及粘贴在铜极板上下两面的方形A压电陶瓷片和方形B压电陶瓷片构成，A压电陶瓷片和B压电陶瓷片均沿厚度方向极化且极化方向相反，所有压电发电单元的A压电陶瓷片、B压电陶瓷片和铜极板均通过串联或并联方式连接于能量转换电路和能量储存装置。

主动压块通过粘接或者焊接设置在T型弹性杆上侧靠近上压板的位置，主动压块到上压板的距离为T型弹性杆悬臂长度的1/10~1/2，从动压块通过粘接或者焊接设置在T型弹性杆下侧端部；圆弧面底板、铜极板、支撑板、T型弹性杆和上压板依次从下向上设置，圆弧面底板、铜极板、支撑板、T型弹性杆和上压板上均开设有可供联接用的联接孔，由联接件穿过各个零件的联接孔后将其联接为一体并固定在基板上表面。当T型弹性杆的T型端部由上压板和支撑板夹紧固定后，T型弹性杆就形成了压电悬臂梁杠杆结构，T型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。