[实用新型]等形变悬臂杠杆式压电发电组件

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种利用压电陶瓷材料压电效应的能量回收装置，具体来说，涉及一种等形变悬臂杠杆式压电发电组件。

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。

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

本实用新型提供了一种新型的等形变悬臂杠杆式压电发电组件，目的是为了提高利用人体动能进行压电发电的转换效率，同时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。

等形变悬臂杠杆式压电发电组件，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A压电陶瓷片和B压电陶瓷片，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，A压电陶瓷片、B压电陶瓷片和铜极板均连接到能量转换电路和能量储存装置。

弹性杠杆包括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和设置在T型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在T型弹性杆下侧端部。

辅助支撑部件包括圆弧面底板、支撑板、上压板和联接件，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，由联接件穿过每个零件的联接孔后将其联接为一体；在竖直方向上，所述的主动压块上表面的高度比上压板上表面的高度高0.2~1.8mm。

圆弧面底板一端开设有用来联接用的联接孔，另一端上表面为圆弧面，圆弧面最上端与上表面相切，圆弧面的圆心在上切点的正下方，圆弧面的上端部与压电陶瓷片的端部平齐，圆弧面底板的宽度≥压电陶瓷片的宽度，圆弧面底板的圆弧面在底面上投影的长度≥压电陶瓷片的长度，圆弧面的半径值在50mm~340mm之间；圆弧面底板、支撑板、上压板、主动压块和从动压块均为如塑料、木材、陶瓷或玻璃的非导电材料。

当弹性杠杆的T型端部由辅助支撑部件固定后，弹性杠杆就形成了压电悬臂梁杠杆结构，弹性杠杆被辅助支撑部件固定处为支点，主动压块到支点段为动力臂，从动压块到支点段为阻力臂。

当人踩踏T型弹性杆上侧的主动压块时，根据杠杆原理，设置在T型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，即只需对主动压块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。

从动压块驱动压电悬臂梁自由端向下移动，随着从动压块的逐步向下移动，压电悬臂梁从固定端到自由端逐渐和圆弧面底板的上圆弧面相贴合，从而保证了压电悬臂梁从固定端到自由端每段压电陶瓷片均发生形变和每段压电陶瓷片形变的均匀性,每段压电陶瓷片的形变均为常值，且这个形变值与圆弧面底板上圆弧面的圆弧半径有关，合理设置圆弧面底板上圆弧面的圆弧半径，保证压电陶瓷片在其脆性失效变形范围内，避免了单纯压电悬臂梁在固定端发电量大、自由端发电量小等问题，使每段压电陶瓷片均发生形变，充分提高了压电悬臂梁压电陶瓷片的压电转换效率。