一種基于壓電材料的發(fā)電地板的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于壓電材料的發(fā)電地板，該發(fā)電地板是由頂頂板1、底座2、支座3和若干個壓電材料結(jié)構(gòu)單元4組成。壓電材料結(jié)構(gòu)單元4由保護片5、雙夾持結(jié)構(gòu)6和壓電片7組成。頂板1上的定位拴9和支座3上的定位孔8相匹配。壓電材料結(jié)構(gòu)單元4放在支座3上，每一個壓電材料結(jié)構(gòu)單元4和支座3上面的凹槽尺寸都相匹配。若干個壓電材料結(jié)構(gòu)單元4中間的壓電片7用導線連接。本發(fā)明是根據(jù)地板的尺寸以及結(jié)構(gòu)單元的個數(shù)用串并聯(lián)混合方式，從而使得輸出功率最大，再用接口電路對發(fā)電地板產(chǎn)生的電壓進行整流和穩(wěn)壓。
【專利說明】一種基于壓電材料的發(fā)電地板
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及新型能源器件的機械【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于壓電材料的發(fā)電地板。
【背景技術(shù)】
[0002]目前利用機械能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電方式已經(jīng)很常見，近年來利用人體行走或車輛正常行駛實現(xiàn)發(fā)電的地板的研究也受到了重視，因此，地板內(nèi)部結(jié)構(gòu)的發(fā)電原理與整體結(jié)構(gòu)非常值得研究?，F(xiàn)今已有利用電磁感應(yīng)原理以及壓電方式的發(fā)電地板問世，但是普遍存在的問題就是能量的轉(zhuǎn)換效率很低。例如，中國科學院上海硅酸鹽研究羅豪甦等人申請了具有金屬帽形狀的鐃鈸及彎月結(jié)構(gòu)的發(fā)電地板的發(fā)明專利，然而金屬帽形狀的鐃鈸結(jié)構(gòu)或彎月結(jié)構(gòu)具有力學彈性形變量小，對較小外力的激勵不是十分敏感的問題，從而制約發(fā)電地板的發(fā)電效率。而本發(fā)明提出一種新型結(jié)構(gòu)的發(fā)電地板，能夠?qū)⑼ǔ１粡U棄的能量高效地回收再利用，并且不產(chǎn)生任何有毒或有害物質(zhì)的排放，符合了國家環(huán)境保護可持續(xù)發(fā)展的要求，并且很好地解決了高效能量轉(zhuǎn)換的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的在于提供了一種基于壓電材料的發(fā)電地板，該發(fā)電地板是基于壓電材料制作而成，是利用人踩踏、步行、跳躍以及各種車輛行駛產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電地板。本發(fā)電地板中的發(fā)電單元使用一種雙夾持結(jié)構(gòu)，具有形變量大，對較小外力的激勵也十分敏感，從而大幅度提高發(fā)電效率。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:一種基于壓電材料的發(fā)電地板，該發(fā)電地板是由頂板1、底座2、支座3和若干個壓電材料結(jié)構(gòu)單元4組成；壓電材料結(jié)構(gòu)單元4是由保護片5、雙夾持結(jié)構(gòu)6和壓電片7組成；頂板I和底座2與支座3通過匹配的定位拴9和定位孔8相匹配聯(lián)接；多層的壓電材料結(jié)構(gòu)單元4擺放入支座3上面的凹槽中，每一個壓電材料結(jié)構(gòu)單元4和支座3上面的凹槽尺寸都相匹配，若干個壓電材料結(jié)構(gòu)單元4中間的壓電片7用導線連接；雙夾持結(jié)構(gòu)6是由2個具有五個折面的近似弓形片組成，雙夾持結(jié)構(gòu)6中折面10和折面11為平面或內(nèi)凹弧形曲面或外凹弧形曲面；雙夾持結(jié)構(gòu)6的折面12和折面13上粘結(jié)有保護片5，所述的壓電片7位于雙夾持結(jié)構(gòu)6的兩片近似弓形片之間并與這兩片近似弓形片為固定連接。
[0005]本發(fā)明的保護片5粘連在雙夾持結(jié)構(gòu)6的水平折面上，起到對壓電片緩沖的作用，防止壓電片受力不均勻被壓碎。所述的每個壓電材料結(jié)構(gòu)單元4用導線以串并聯(lián)方式連接。當對壓電材料結(jié)構(gòu)單元4施加壓力時，壓電片7受到向外延伸的力而發(fā)生形變從而將機械能轉(zhuǎn)化為電能。
[0006]本發(fā)明是根據(jù)地板的尺寸以及結(jié)構(gòu)單元的個數(shù)用串并聯(lián)混合方式，從而使得輸出功率最大，再用接口電路對發(fā)電地板產(chǎn)生的電壓進行整流和穩(wěn)壓。
[0007]本發(fā)明上述的雙夾持結(jié)構(gòu)6是由2個具有五個折面的近似弓形片組成，其中折面10和折面11為平面或內(nèi)凹弧形曲面或外凹弧形曲面,折面10和折面12的夾角為135度至180度；折面10和折面12的夾角也可以為O度至90度。
[0008]本發(fā)明上述的壓電片7是采用壓電陶瓷或壓電復合材料或壓電高分子材料。
[0009]有益效果:
[0010]1、本發(fā)明的發(fā)電地板結(jié)構(gòu)新穎，制作方便，可以適用于多種場所。
[0011]2、本發(fā)明的發(fā)電地板符合國家環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展要求，并且很好地解決了高效能量轉(zhuǎn)換的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明支座的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]標識說明:8_定位孔。
[0015]圖3為本發(fā)明頂板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]標識說明:9_定位拴。
[0017]圖4為本發(fā)明壓電片極化方向的狀態(tài)示意圖。
[0018]標識說明:(a)和(b)表示單片壓電材料；(C)表示多層壓電材料，圖中箭頭表示極化方向，電極方向。
[0019]圖5為本發(fā)明雙夾持結(jié)構(gòu)的夾角為135度至180度的狀態(tài)示意圖。
[0020]標識說明:(a)、(b)、(C)、(d)為不同形狀的雙夾持結(jié)構(gòu)狀態(tài)圖；10_折面；11_折面；12_折面；13-折面。
[0021]圖6為本發(fā)明雙夾持結(jié)構(gòu)的夾角為O度至90度的狀態(tài)示意圖。
[0022]標識說明:(a)、(b)、(C)、(d)為不同形狀的雙夾持結(jié)構(gòu)狀態(tài)圖。
[0023]圖7為本發(fā)明發(fā)電單元的組合方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖8為本發(fā)電地板的電路簡略圖。
【具體實施方式】
[0025]以下實施例結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明創(chuàng)造作進一步的詳細說明。
[0026]如圖1和圖8所示，本發(fā)明提供了一種基于壓電材料的發(fā)電地板，該發(fā)電地板是由頂板1、底座2、支座3、壓電材料結(jié)構(gòu)單元4、保護片5、雙夾持結(jié)構(gòu)6、壓電片7和若干個發(fā)電單元組成。頂板I和底座2分別與支座3用匹配的定位栓和定位孔連接，壓電材料結(jié)構(gòu)單元4為多層的，并放在支座3上，支座3上面有凹槽，每一個壓電材料結(jié)構(gòu)單元4和支座3上面的凹槽尺寸都相匹配。壓電材料結(jié)構(gòu)單元4中間的壓電片7是用導線連接。所述壓電材料結(jié)構(gòu)單元4是由雙夾持結(jié)構(gòu)6、保護片5和壓電片7組成。保護片5粘連在雙夾持結(jié)構(gòu)6的水平折面上，起到對壓電片緩沖的作用，防止壓電片受力不均勻被壓碎。所述發(fā)電單元是由頂板1、底座2和若干壓電材料結(jié)構(gòu)單元4組成。每個壓電材料結(jié)構(gòu)單元4用導線以串并聯(lián)方式連接。本發(fā)明是根據(jù)地板的尺寸以及結(jié)構(gòu)單元的個數(shù)用串并聯(lián)混合方式，從而使得輸出功率最大，再用接口電路對發(fā)電地板產(chǎn)生的電壓進行整流和穩(wěn)壓。
[0027]本發(fā)明上述的雙夾持結(jié)構(gòu)6是由2個具有五個折面的近似弓形片組成，其中折面10和折面11為平面或內(nèi)凹弧形曲面或外凹弧形曲面。[0028]本發(fā)明上述的壓電片7是采用壓電陶瓷或壓電復合材料或壓電高分子材料。
[0029]如圖2、圖3、圖4、圖5、圖6和圖7所示，本發(fā)明的安裝方法包括如下步驟:
[0030]步驟1:制作合適尺寸的近似弓形結(jié)構(gòu)的雙夾持結(jié)構(gòu)6 ；
[0031]步驟2:使用硬質(zhì)金屬或硬質(zhì)塑料做合適大小的四個保護片5并將其分別粘連在雙夾持結(jié)構(gòu)6的水平折面上；
[0032]步驟3:用壓電材料做壓電片7，將壓電片的兩面的兩端分別粘上步驟2所述的粘有保護片的雙夾持結(jié)構(gòu)6 ；
[0033]步驟4:根據(jù)上述步驟制作多個壓電材料結(jié)構(gòu)單元4 ；
[0034]步驟5:根據(jù)上述壓電材料結(jié)構(gòu)單元的尺寸制作帶有凹槽的支座，并在支座上制作定位孔；
[0035]步驟6:根據(jù)上述壓電材料結(jié)構(gòu)單元和支座的尺寸制作頂板和底座，頂板上制作有與支座上定位孔相匹配的定位栓9 ；
[0036]步驟7:通過粘結(jié)、金屬緊固件連接或焊接方法把上述結(jié)構(gòu)組裝在一起即得到發(fā)電地板。
【權(quán)利要求】
1.一種基于壓電材料的發(fā)電地板，其特征在于:所述發(fā)電地板是由頂板(I)、底座(2)、支座(3)和若干個壓電材料結(jié)構(gòu)單元(4)組成；壓電材料結(jié)構(gòu)單元(4)由保護片(5)、雙夾持結(jié)構(gòu)(6)和壓電片(7)組成；頂板(I)和底座(2)與支座(3)通過匹配的定位拴(9)和定位孔(8)相匹配聯(lián)接；多層的壓電材料結(jié)構(gòu)單元(4)擺放入支座(3)上面的凹槽中，每一個壓電材料結(jié)構(gòu)單元(4)和支座(3)上面的凹槽尺寸都相匹配，若干個壓電材料結(jié)構(gòu)單元(4)中間的壓電片(7)用導線連接；雙夾持結(jié)構(gòu)(6)是由2個具有五個折面的近似弓形片組成，雙夾持結(jié)構(gòu)(6)中折面(10)和折面(11)為平面或內(nèi)凹弧形曲面或外凹弧形曲面；雙夾持結(jié)構(gòu)(6)的折面(12)和折面(13)上粘結(jié)有保護片(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓電材料的發(fā)電地板，其特征在于:所述雙夾持結(jié)構(gòu)(6)的折面(10)和折面(12)的夾角為135度至180度或者為O度至90度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓電材料的發(fā)電地板，其特征在于:所述的壓電片(7)是采用壓電陶瓷或壓電復合材料或壓電高分子材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種基于壓電材料的發(fā)電地板，其特征在于:所述的壓電片(7)位于雙夾持結(jié)構(gòu)(6)的兩片近似弓形片之間并與這兩片近似弓形片為固定連接。
5.一種基于壓電材料的發(fā)電地板的安裝方法，其特征在于:所述方法包括如下步驟: 步驟1:制作合適尺寸的近似弓形結(jié)構(gòu)的雙夾持結(jié)構(gòu)(6)； 步驟2:使用硬質(zhì)金屬或硬質(zhì)塑料做合適大小的四個保護片(5)并將其分別粘連在雙夾持結(jié)構(gòu)(6)的水平折面上； 步驟3:用壓電材料做壓電片(7)，將壓電片的兩面的兩端分別粘上步驟2所述的粘有保護片的雙夾持結(jié)構(gòu)(6)； 步驟4:根據(jù)上述步驟制作多個壓電材料結(jié)構(gòu)單元(4)； 步驟5:根據(jù)上述壓電材料結(jié)構(gòu)單元的尺寸制作帶有凹槽的支座，并在支座上制作定位孔； 步驟6:根據(jù)上述壓電材料結(jié)構(gòu)單元和支座的尺寸制作頂板和底座，頂板上制作有與支座上定位孔相匹配的定位栓(9)； 步驟7:通過粘結(jié)、金屬緊固件連接或焊接方法把上述結(jié)構(gòu)組裝在一起即得到發(fā)電地板。
【文檔編號】E01C9/00GK103628381SQ201310667006
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月10日
【發(fā)明者】曹自平, 劉瑞杰, 朱洪波, 陳敏 申請人:南京郵電大學