[发明专利]一种分块悬臂梁结构的压电地板装置

说明书

技术领域

本发明属于基于压电材料的能量收集领域，涉及一种分块悬臂梁结构的压电地板装置，将行人踩踏地板产生的势能通过压电片转换电能装置。

背景技术

目前压电地板结构单元主要有圆盘形压电结构、叠堆形压电结构、拱形压电结构、桥形压电结构、钹形压电结构、悬臂梁等。目前大部分应用于研究的是周边固定支撑方式的长方形和圆盘形压电结构，如2011年PisharodyHarikrishnan G在Innovative Smart Grid Technologies-India ISGT India,IEEE PES的第244-247页中发表了题目为“An optimal design for piezoelectric energy harvesting system”论文。文章中描述了采用压电圆盘结构制作压电地毯。中国科学院上海硅酸盐研究所的专利号201110283546.9，名称为“一种压电能量收集单元及其应用”的专利，该专利中采用了圆盘和长方形压电结构能量收集单元。上述压电结构技术相对成熟，输出功率大，结构稳定，承载力大，但是由于方形和圆盘形压电结构采用周边固定支撑方式，因此，压电材料变形小，没有充分地发挥发电能力。

发明内容

本发明的目的克服现有技术的不足，发明一种分块悬臂梁结构的压电地板装置，发明是将周边固支或边界自由支撑的圆盘压电结构和方形压电结构通过分块成六边形压电单元的方式，取消相互的制约，使压电片成为三角形悬臂梁压电结构；在保持人的踩踏舒适度的前提下，充分利用悬臂梁易产生大挠度的优点来设计发电结构单元提高输出功率。

本发明采用的技术方案是一种分块式压电悬臂梁的压电地板装置，其特征是，该装置中,不同形状的整体式压电地板7由若干个六边形压电单元组成,每个六边形压电单元由盖板1、固定压板2、压电片3、基板4、底板5和螺钉6组成；基板4安装在具有内腔的底板5上，六个压电片3分别粘接在六个基板4的前部三角形部分上，六个基板4以环绕的形式安装在底板5上；压板2安装在基板4上面，使压电片3成为三角形悬臂梁压电结构；并通过螺钉6将压板2、基板4和底板5固定在一起；下表面中心具有一个凸台的盖板1安装在压板2上面，并使下表面中心凸台压在六个压电片3的三角形顶端。

本发明的效果和益处与现有技术相比，采用压电片悬臂梁支撑方式，把整体式压电结构通过三角形分块的方式来消除相互制约，使得压电片变形更大，在保持行走舒适度的前提下通过提高位移量来提高功率。本发明应用于行人密集的地方，比如火车站，地铁站，步行街等地通过连接LED和储能元件的方式，在行走过程中给行人提供照明，且此结构重量轻体积小发电量大具有广泛应用的前景。

附图说明

图1是六边形压电单元的结构图。

图2是去掉盖板的六边形压电单元结构图。

图3是去掉盖板和压板的六边形压电单元结构图。其中：1-盖板、2-固定压板、3-压电片、4-基板、5-底板、6-螺钉。

图4是安装有16个顶角为60度的正三角形压单元的分布示意图。其中：7-压电地板。

图5是压电片和基板厚度相同的压电地板输出功率曲线图。其中a1-采用顶角为60度的压电片三角形悬臂梁输出功率曲线图，a2-顶角为90度的压电片三角形悬臂梁输出功率曲线图，a3-顶角为120度的压电片三角形悬臂梁输出功率曲线图，a4-圆盘形压电结构输出功率曲线图。

图6是自由端位移相同情况下的压电地板输出功率比较曲线图。其中，b1-顶角为60度的三角形悬臂梁输出功率曲线图，b2-顶角为90度的三角形悬臂梁输出功率曲线图，b3-顶角为120度的三角形悬臂梁输出功率曲线图，b4-圆盘形压电结构输出功率曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。