專利名稱：一種用于公交汽車的壓力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及公交汽車的發(fā)電系統(tǒng)，利用壓電材料將公交車乘客走動時產(chǎn)生的機械 能發(fā)電。
背景技術：
目前，汽車使用的能源大部分來源于燃油，在行駛中生成的廢氣和污染物嚴重破 壞環(huán)境，常用的汽車發(fā)電系統(tǒng)是交流發(fā)電機，發(fā)動機驅(qū)動交流發(fā)電機轉(zhuǎn)動，使其發(fā)出交流 電，通過二極管整流將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姶鎯υ谛铍姵刂?，供汽車使用，這種發(fā)電方法消 耗發(fā)動機一部分功，增加了燃油消耗量。壓電效應是對壓電材料施加壓力，其表面產(chǎn)生電荷，產(chǎn)生的電荷量與壓力成正比， 稱之為正壓電效應；反之施加電壓，就會產(chǎn)生機械應力，稱之為逆壓電效應。壓電材料具有 很高的能量密度，峰值達100-10000KW/Kg，通過壓力發(fā)電已運用到許多領域。壓電材料在壓力作用下上下表面產(chǎn)生電荷，壓電元件相當于一個電容，可簡化為 一個正弦電流源，與內(nèi)在的電極電容(；并聯(lián)，在外界壓力作用下壓電材料產(chǎn)生的電荷和電 壓分別為Q = d33FAfp，V = d33FAfp/Cp式中d33為壓電材料的壓電常數(shù)；F為作用在壓電材料表面的應力；Afp為作用力 施加區(qū)域的面積；Cp為壓電材料等效電容，由公式可知，壓電材料產(chǎn)生的電荷和電壓與其所 受的壓力和面積成正比。城市公交汽車客流量大，上下車及車廂內(nèi)走動較頻繁，對地板產(chǎn)生踩踏壓力，在行 駛過程中還會因路面的不平整引起地板的振動，對地板產(chǎn)生振動壓力，這些壓力目前都沒 有充分利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種用于公交汽車的壓力發(fā)電系統(tǒng)，利用公交汽車地板壓力 產(chǎn)生的機械能量，結合壓電材料對公交汽車進行發(fā)電，節(jié)約能源，無污染。本發(fā)明采用的技術方案是公交車地板上下層之間設置有壓力發(fā)電裝置，壓力發(fā) 電裝置由壓電材料層、復位彈簧和導線組成，復位彈簧垂直均布于壓電材料層和公交車地 板下層之間，導線一端連接壓電材料層，另一端引出后連接橋式整流器，橋式整流器的輸出 連接穩(wěn)壓器，穩(wěn)壓器的輸出分別連接第一蓄電器和第二蓄電器，第一蓄電器的輸出分別連 接負載和傳感器，傳感器的輸出通過控制器連接穩(wěn)壓器的輸入。本發(fā)明的技術效果是1、本發(fā)明將乘客走動時對公交車地板的壓力作用在壓電材料上，使其放出電能并 存儲和利用，具有清潔、持久和方便快捷的特點。2、本發(fā)明不僅用于公交汽車地板，還可以用于火車站的地板，商場的地板等人流 密集的場所。


圖1為本發(fā)明結構連接圖；圖2是圖1中壓力發(fā)電裝置1的結構示意圖，其中，圖2(a)是壓力發(fā)電裝置1 一 個實施例結構示意圖，圖2(b)是壓力發(fā)電裝置1另一個實施例結構示意圖；圖中1.壓力發(fā)電裝置；2.橋式整流器；3.穩(wěn)壓器；4.第一蓄電器；5.負載；6.第 二蓄電器；7.傳感器；8.控制器；9.緊固裝置；10.公交車地板上層；11.梯形槽；12.導線； 13.復位彈簧；14.壓電材料層；15.公交車地板下層。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明由壓力發(fā)電裝置1、橋式整流器2、穩(wěn)壓器3、第一蓄電器4、負 載5、第二蓄電器6、傳感器7和控制器8連接組成。其中，壓力發(fā)電裝置1的輸出依次連接 橋式整流器2和穩(wěn)壓器3，穩(wěn)壓器3的輸出分別連接第一蓄電器4和第二蓄電器6，第一蓄 電器4的輸出分別連接負載5和傳感器7，傳感器7的輸出通過控制器8連接穩(wěn)壓器3的輸 入。圖2為圖1中壓力發(fā)電裝置1的結構剖視圖，壓力發(fā)電裝置1安裝在公交車地板 上下層10、15之間，壓力發(fā)電裝置1由壓電材料層14、復位彈簧13和導線12組成，導線12 的一端與壓電材料層14焊接連接，導線12引出后另一端連接橋式整流器2。壓電材料層 14選用強度較高的復合材料制作成板狀結構，壓電材料層14安裝在公交車地板上下層10、 15之間時，可采用如圖2(a)所示的具有單層壓電材料和圖2(b)所示具有多層壓電材料的 兩種安裝結構，具體描述如下如圖2(a)，將壓力發(fā)電裝置1安裝在公交車地板上下層10、15之間，在公交車地 板上層10底面與壓電材料層14上表面壓觸，公交車地板上層10底面間隔均布梯形槽11， 梯形槽11的高度為0. 2-0. 5mm，底邊長為3_7mm，梯形槽11產(chǎn)生較大的張力，可增加壓電材 料層14的受力面積，從而提高發(fā)電量。在壓電材料層14和公交車地板下層15之間垂直均 布復位彈簧13，在公交車地板下層15上設置凹槽，復位彈簧13放在相應凹槽內(nèi)，可防止復 位彈簧13在橫向方向上的移動。復位彈簧13在壓電材料層14沒有受壓時呈自由伸長狀 態(tài)，當壓電材料層14受到一定壓力時，復位彈簧13呈壓縮狀態(tài)。壓電材料層14的壓力消 失時，復位彈簧13伸長給壓電材料層14向上的力，使壓電材料層14立刻恢復到受壓前的 狀態(tài)，為下一次受壓放電準備。復位彈簧13提高了壓電材料層14的放電頻率，從而增加了 放電量。緊固裝置9位于壓電材料層14的側(cè)端，起固定連接壓力發(fā)電裝置1的作用，可將 壓電材料層14和公交車地板上下層10、15緊貼在一起。如圖2(b)，為了提高發(fā)電量，可以采用多層壓電材料。采用多層壓電材料時，在公 交車地板上層10間隔設置二層或二層以上的壓電材料層14，在位于最下層的壓電材料層 14和公交車地板下層15之間垂直均布復位彈簧13，壓電材料14并聯(lián)以增大電流量，串聯(lián) 增大電壓量，由每一層壓電材料層14焊接連接的導線12并聯(lián)或串聯(lián)引出后連接橋式整流 器2。緊固裝置9、梯形槽11的設置與圖2(a)所示結構一樣，在與每層壓電材料層14上表 面壓觸的公交車地板上層10底面上均間隔均布梯形槽11。本發(fā)明的工作原理是當乘客上車或者在車內(nèi)走動時，壓力作用在公交車地板上層10上，梯形槽11將作用在公交車地板上層10上的壓力擴大傳遞到壓電材料層14上，壓 電材料層14彎曲放出一定的電能，經(jīng)導線12引入到橋式整流器2中，橋式整流器2將交流 電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娊?jīng)穩(wěn)壓器3穩(wěn)壓后存儲到第一蓄電器4中，第一蓄電器4中的電量直接供 給公交車上的顯示器和照明燈。當壓力發(fā)電裝置1發(fā)出的電量過多使第一蓄電器4充滿， 電量飽和時，加載在第一蓄電器4中的傳感器7會發(fā)出蓄電器4飽和的信號，傳送到控制器 8中，控制器8會切斷向第一蓄電器4的供電，向第二蓄電器6供電，當?shù)谝恍铍娖?電量不 足時，傳感器7發(fā)出電量不足的信號，向第一蓄電器4供電。當作用在壓電材料層14上的 壓力消失時，復位彈簧13給壓電材料層14向上的力，使其能夠快速恢復到受壓前的狀態(tài)。 復位彈簧13還起到減震的作用，當路面不平整時，復位彈簧13會吸收一部分振動的能量， 提高車輛的舒適性；而且在車輛振動過程中因為受力的不平衡使壓電材料層14變形發(fā)出 電能。
權利要求
一種用于公交汽車的壓力發(fā)電系統(tǒng)，公交車地板上下層(10、15)之間設置有壓力發(fā)電裝置(1)，其特征是所述壓力發(fā)電裝置(1)由壓電材料層(14)、復位彈簧(13)和導線(12)組成，復位彈簧(13)垂直均布于壓電材料層(14)和公交車地板下層(15)之間，導線(12)一端連接壓電材料層(14)，另一端引出后連接橋式整流器(2)，橋式整流器(2)的輸出連接穩(wěn)壓器(3)，穩(wěn)壓器(3)的輸出分別連接第一蓄電器(4)和第二蓄電器(6)，第一蓄電器(4)的輸出分別連接負載(5)和傳感器(7)，傳感器(7)的輸出通過控制器(8)連接穩(wěn)壓器(3)的輸入。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種用于公交汽車的壓力發(fā)電系統(tǒng)，其特征是公交車地板 上層(10)間隔設置有二層或二層以上的壓電材料層(14)，壓電材料(14)并聯(lián)或串聯(lián)由導 線(12)引出后與橋式整流器(2)連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種用于公交汽車的壓力發(fā)電系統(tǒng)，其特征是與壓電材料 層(14)上表面壓觸的公交車地板上層(10)底面間隔均布有梯形槽(11)，梯形槽(11)高度 為 0. 2-0. 5mm，底邊長為 3_7mm。
全文摘要
本發(fā)明公開一種利用壓電材料將公交車乘客走動時產(chǎn)生的機械能發(fā)電的用于公交汽車的壓力發(fā)電系統(tǒng)，公交車地板上下層之間設置有壓力發(fā)電裝置，壓力發(fā)電裝置由壓電材料層、復位彈簧和導線組成，復位彈簧垂直均布于壓電材料層和公交車地板下層之間，導線一端連接壓電材料層，另一端引出后連接橋式整流器，橋式整流器的輸出連接穩(wěn)壓器，穩(wěn)壓器的輸出分別連接第一蓄電器和第二蓄電器，第一蓄電器的輸出分別連接負載和傳感器，傳感器的輸出通過控制器連接穩(wěn)壓器的輸入。本發(fā)明具有清潔、持久和方便快捷的特點，還可用于火車站的地板，商場的地板等人流密集的場所。
文檔編號H02N2/18GK101873081SQ20101019497
公開日2010年10月27日 申請日期2010年6月8日 優(yōu)先權日2010年6月8日
發(fā)明者萬彥輝, 吳慶瑞, 唐愛坤, 潘劍鋒 申請人:江蘇大學