[发明专利]群体步行能收集系统

说明书

技术领域

本发明涉及能量收集系统，尤其涉及一种群体步行能收集系统。

背景技术

随着传统能源的逐渐枯竭，人们对新的、可持续的、清洁的能源投入越来越多的关注。清洁能源包括氢能、核能和可再生能源等。可再生能源是指原材料可以再生的能源，如风力发电、太阳能、生物能、海潮能等，可再生能源不存在能源耗竭的可能，因此日益受到许多国家的重视，因而能量收集便成为一种广泛的开发新能源的方法。目前，能量收集主要以太阳能、风能等自然能的收集利用为主，但太阳能、风能等自然能会受到自然条件的限制，不能稳定地提供能量。其实在我们身边有许多长期稳定的可以开发利用的能源，如人的行走步行能。考虑到像上海、北京等这样的大城市，每天的人流十分密集，轨道交通更是首当其冲，每天近有600万人次的客流量，如果将这些人流所产生的踩踏能收集利用起来，其发电量将十分可观。

对人行走时的能量收集，归结起来主要有电磁传动发电和压电材料发电两种方法。电磁传动发电一般采用机械传动、液压和气动这三种方法带动电磁发电机构运转。比如：在鞋底设置齿轮传动机构，将足底向下的动能转换为旋转能量，再带动电磁发电机产生电能；在鞋底和鞋尖处制造两个液压腔，在液压腔相连处设置涡轮，人行走时液体流动带动涡轮旋转带动发电机；在鞋子内部设置一个具有适合压缩空气的入口和出口的闭合回路作为气动发电机的定子，转子为一个可自由运动、无机械上约束、具有磁场耦合的运动块，采用气动的方法发电。然而，机械传动发电的方法采用了较多的传动环节，液压发电、气动发电的方法又有泄漏问题、结构复杂、成本高，而且由于足底运动的频繁和随意性，电磁传动发电的方法可靠性较低。

浙江工商大学2009年10月发表的《压电叠堆式发电装置的建模与仿真分析》中提出了一种压电叠堆式的发电装置，它虽然利用叠堆压电陶瓷来增大发电量，但是总体发电量还是较小。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种群体步行能收集系统，该系统将发电量增大数十倍甚至数百倍，能够用于公共场所内庞大的人流量的电能收集。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种群体步行能收集系统，利用叠堆压电陶瓷的压电组件及扩力组件将发电量增大数十倍甚至数百倍，适合于步行的低频激励，并能具有更为长久的寿命。

为实现上述目的，本发明提供了一种群体步行能收集系统，包括压电发电装置和与之相连的电能收集装置，其特征在于：所述压电发电装置包括接受步行压力的承力块、放大所述步行压力的扩力组件、将机械能转换为电能的压电组件和底座，所述扩力组件包括拉轴、套筒和压力轴，所述压电组件被设置于所述套筒的内部，所述压力轴穿过所述套筒和所述压电组件，所述压力轴与所述承力块相连；所述电能收集装置包括依次级联的整流电路、储能电容、控制电路和稳压电路。

进一步地，所述压力轴的承力端在所述套筒的外部，并固定于所述承力块上，所述压力轴具有挤压端，所述挤压端位于所述套筒内部。

进一步地，所述压电组件的固定面与所述套筒的内底面贴合。

进一步地，所述压电组件的受压面与所述挤压端接触。

进一步地，所述拉轴的一端通过螺纹连接部件固定在所述套筒上，所述拉轴的另一端固定于所述底座上。

进一步地，所述压电组件包括以叠层结构分布的多个压电陶瓷片、多个电极片、一根正电荷引线与一根负电荷引线；每个电极片被置于两个相邻且极化方向相反的压电陶瓷片之间；带有正电荷的电极片相互并联并与所述正电荷引线相连，带有负电荷的电极片相互并联并与所述负电荷引线相连；所述正电荷引线和所述负电荷引线与所述电能收集装置的所述整流电路相连接。

进一步地，所述整流电路为全桥整流电路。

进一步地，所述控制电路由BJT开关电路和MOSFET管连接而成。

进一步地，其中所述稳压电路包括用于输出5V或固定电压的MAX666芯片。