本发明专利技术提供了一种压电发电旋转式换能装置，包括顶板、底板和圆环侧壁形，万向螺纹传动杆的球形端头安装在承力板上的万向限位洞内；所述的万向螺纹传动杆的螺纹杆体上配合安装有内螺纹太阳传动齿轮盘，行星架转动筒与内螺纹太阳传动齿轮盘的转动中心相同；所述的行星架转动筒外壁上沿着径向均匀辐射状布设有多个挤压臂，挤压臂的端部设置有挤压端头；相邻两个电极固定架的一对电极卡槽内安装有一个片状压电换能器，行星架转动筒转动时挤压端头能够与片状压电换能器挤压接触，片状压电换能器弯曲变形产生电能。本发明专利技术的装置应力转化效果好，能量转换效率高，耐久性很高，结构简单、安全性高、操作简便、便于维修。
【技术实现步骤摘要】
一种压电发电旋转式换能装置
本专利技术属于道路工程领域，涉及压电发电技术，具体涉及一种压电发电旋转式换能装置。
技术介绍
随着碳石能源的逐渐枯竭，新能源的研究利用已迫在眉睫。作为清洁能源的压电发电路面技术日渐受到越来越广泛的关注，该技术可通过压电效应对道面内部振动能量进行转化收集，清洁无污染，经济效益巨大。目前，压电发电技术应用的换能器多为堆叠式压电换能器与单片式压电换能器，但堆叠式压电换能器由于成本较高，在道路工程中大面积的应用增加了许多造价，而单片式压电换能器制作成本相对而言较为低廉，且发电电压高，能够满足诸如LED灯组等小功率用电器的耗能。而已知的基于单片式压电换能器的压电发电装置的设计多为悬臂梁振子类，振动的动力源行程不够稳定，从而导致换能器的变形不一输出无规律、能量转换效率低下，甚至超负荷运作而发生功能性损坏。因此开发一种应力转化稳定、能量转换效率高、耐久性好、便于维修的压电发电装置是很有必要的。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于，一种压电发电旋转式换能装置，解决在道路振动机械能量的收集利用过程中载荷转化效率和能量转化效率不理想的技术问题。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：一种压电发电旋转式换能装置，包括顶板、底板和连接顶板和底板的圆环侧壁，顶板、底板和圆环侧壁形成一个圆柱状的绝缘腔体，还包括万向螺纹传动杆，所述的万向螺纹传动杆包括螺纹杆体，螺纹杆体的顶端设置有球形端头，螺纹杆体的底端加工有方形限位孔；所述的顶板中心位置开设有中心通孔，所述的底板中心位置设置有方形限位销，万向螺纹传动杆穿过中心通孔进入绝缘腔体内，万向螺纹传动杆底端的方形限位孔与方形限位销配合使得万向螺纹传动杆只能沿着轴向运动，方形限位销上套有第一复位弹簧，第一复位弹簧的一端顶在底板内壁上，第一复位弹簧的另一端顶在万向螺纹传动杆的底端；所述的万向螺纹传动杆的球形端头伸出顶板外，球形端头安装在承力板上的万向限位洞内；所述的万向螺纹传动杆的螺纹杆体上配合安装有内螺纹太阳传动齿轮盘，万向螺纹传动杆沿着轴向升降运动时能够带动内螺纹太阳传动齿轮盘以万向螺纹传动杆的中心轴线为中心转动，内螺纹太阳传动齿轮盘通过行星传动齿轮与行星架转动筒之间实现齿轮传动，行星架转动筒与内螺纹太阳传动齿轮盘的转动中心相同；所述的行星架转动筒外壁上沿着径向均匀辐射状布设有多个挤压臂，挤压臂的端部设置有挤压端头；所述的圆环侧壁上均匀布设有多个绝缘的电极固定架，每个电机固定架两侧各开设有一个电极卡槽，相邻两个电极固定架的一对电极卡槽内安装有一个片状压电换能器，片状压电换能器的个数与挤压端头的个数相等，行星架转动筒转动时挤压端头能够与片状压电换能器挤压接触，片状压电换能器弯曲变形产生电能；所述的电极卡槽内安装有与片状压电换能器上表面接触的第一导电片，电极卡槽内还安装有与片状压电换能器下表面接触的第二导电片，每个片状压电换能器的上表面只与一个第一导电片接触，每个片状压电换能器的下表面也只与一个第二导电片接触，第一导电片和第二导电片作为片状压电换能器的两个电极通过导线将电能传输出去。本专利技术还具有如下区别技术特征：所述的圆环侧壁的内壁上设置有一圈硬质电极环，所述的硬质电极环包括第一电极层和第二电极层，第一电极层和第二电极层之间设置有绝缘层，每个第一导电片通过导线与第一电极层相连，每个第二导电片通过导线与第二电极层相连，第一电极层和第二电极层通过导线将电能从设置在圆环侧壁上的导线出口引出。每个挤压端头的最远端与万向螺纹传动杆的中心轴线之间的距离相等，每个片状压电换能器与万向螺纹传动杆的中心轴线之间的距离相等。所述的挤压端头的最远端与万向螺纹传动杆的中心轴线之间的距离大于片状压电换能器与万向螺纹传动杆的中心轴线之间的距离；所述的挤压端头的最远端与万向螺纹传动杆的中心轴线之间的距离比片状压电换能器与万向螺纹传动杆的中心轴线之间的距离大1mm～1.5mm。所述的承力板和顶板之间还均匀布设有多个导向伸缩杆，导向伸缩杆的一端与承力板固定连接，导向伸缩杆的另一端与顶板固定连接。所述的导向伸缩杆上套有第二复位弹簧，第二复位弹簧的一端顶在承力板上，第二复位弹簧的另一端顶在顶板上。所述的内螺纹太阳传动齿轮盘的顶部和底部均设置有环形限位卡槽，所述的顶板和底板上均设置有与环形限位卡槽相配合限位的环形限位卡轨。所述的行星传动齿轮通过行星传动齿轮转轴安装在顶板和底板之间的绝缘腔体内。所述的行星架转动筒通过设置在顶板和底板上的行星架转动筒导轨安装在绝缘腔体内。所述的顶板、底板和圆环侧壁之间通过螺栓固定连接。所述的挤压端头为球形。本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：(Ⅰ)本专利技术的装置应力转化效果好，能量转换效率高，耐久性很高，结构简单、安全性高、操作简便、便于维修。(Ⅱ)本专利技术的装置通过万向传动的方式将多个方向荷载转化为竖直荷载，应力转化效果好。(Ⅲ)本专利技术的装置布置有多个单片压电换能器，在转子转动时同时发电产能，能量转化效率高。(Ⅳ)本专利技术装置的片状压电换能器形变量为固定的1mm，不会发生较大变形而导致功能性损坏，耐久性很高。(Ⅴ)本专利技术的装置适应不同个数、长度、宽度的片状压电换能器，且个数不限于附图中的个数。(Ⅵ)本专利技术的装置外装为高强度的硬质材料，高强度、耐久性好、可回收再利用。(Ⅶ)本专利技术可广泛用于道路工程，如人行道、行车道路面、减速带、收费站路面或者非机动车道路面，荷载转化效率高、能量转换效率高，具有很高的耐久性，安装简单方便，易于维修。附图说明图1是本装置的正面剖视结构示意图。图2是本装置的绝缘腔体内部结构示意图。图3是顶板的俯视结构示意图。图4是底板的俯视结构示意图。图5是内螺纹太阳齿轮盘的结构示意图。。图6是万向螺纹传动杆的结构示意图。图7是电极固定架的结构示意图。图8是片状压电换能器的安装示意图。图中各个标号的含义为：1-顶板，2-底板，3-连接顶板，4-绝缘腔体，5-万向螺纹传动杆，(5-1)-螺纹杆体，(5-2)-球形端头，(5-3)-方形限位孔，6-中心通孔，7-方形限位销，8-第一复位弹簧，9-承力板，10-万向限位洞，11-内螺纹太阳传动齿轮盘，12-行星传动齿轮，13-行星架转动筒，14-挤压臂，15-挤压端头，16-电极固定架，17-电极卡槽，18-片状压电换能器，19-第一导电片，20-第二导电片，21-导线，22-硬质电极环，(22-1)-第一电极层，(22-2)-第二电极层，(22-3)-绝缘层，23-导线出口，24-导向伸缩杆，25-第二复位弹簧，26-环形限位卡槽，27-环形限位卡轨，28-行星传动齿轮转轴，29-行星架转动筒导轨，30-螺栓。以下结合实施例对本专利技术的具体内容作进一步详细解释说明。具体实施方式以下给出本专利技术的具体实施例，需要说明的是本专利技术并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本专利技术的保护范围。实施例：遵从上述技术方案，如图1至图8所示，本实施例给出一种压电发电旋转式换能装置，包括顶板1、底板2和连接顶板1和底板2的圆环侧壁3，顶板1、底板2和圆环侧壁3形成一个圆柱状的绝缘腔体4，还包括万向螺纹传动杆5，所述的万向螺纹传动杆5包括螺纹杆体5-1，螺纹杆体5-1的顶端设置本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种压电发电旋转式换能装置，包括顶板(1)、底板(2)和连接顶板(1)和底板(2)的圆环侧壁(3)，顶板(1)、底板(2)和圆环侧壁(3)形成一个圆柱状的绝缘腔体(4)，其特征在于，还包括万向螺纹传动杆(5)，所述的万向螺纹传动杆(5)包括螺纹杆体(5‑1)，螺纹杆体(5‑1)的顶端设置有球形端头(5‑2)，螺纹杆体(5‑1)的底端加工有方形限位孔(5‑3)；所述的顶板(1)中心位置开设有中心通孔(6)，所述的底板(2)中心位置设置有方形限位销(7)，万向螺纹传动杆(5)穿过中心通孔(6)进入绝缘腔体(4)内，万向螺纹传动杆(5)底端的方形限位孔(5‑3)与方形限位销(7)配合使得万向螺纹传动杆(5)只能沿着轴向运动，方形限位销(7)上套有第一复位弹簧(8)，第一复位弹簧(8)的一端顶在底板(1)内壁上，第一复位弹簧(8)的另一端顶在万向螺纹传动杆(5)的底端；所述的万向螺纹传动杆(5)的球形端头(5‑2)伸出顶板(1)外，球形端头(5‑2)安装在承力板(9)上的万向限位洞(10)内；所述的万向螺纹传动杆(5)的螺纹杆体(5‑1)上配合安装有内螺纹太阳传动齿轮盘(11)，万向螺纹传动杆(5)沿着轴向升降运动时能够带动内螺纹太阳传动齿轮盘(11)以万向螺纹传动杆(5)的中心轴线为中心转动，内螺纹太阳传动齿轮盘(11)通过行星传动齿轮(12)与行星架转动筒(13)之间实现齿轮传动，行星架转动筒(13)与内螺纹太阳传动齿轮盘(11)的转动中心相同；所述的行星架转动筒(13)外壁上沿着径向均匀辐射状布设有多个挤压臂(14)，挤压臂(14)的端部设置有挤压端头(15)；所述的圆环侧壁(3)上均匀布设有多个绝缘的电极固定架(16)，每个电机固定架(16)两侧各开设有一个电极卡槽(17)，相邻两个电极固定架(16)的一对电极卡槽(17)内安装有一个片状压电换能器(18)，片状压电换能器(18)的个数与挤压端头(15)的个数相等，行星架转动筒(13)转动时挤压端头(15)能够与片状压电换能器(18)挤压接触，片状压电换能器(18)弯曲变形产生电能；所述的电极卡槽(17)内安装有与片状压电换能器(18)上表面接触的第一导电片(19)，电极卡槽(17)内还安装有与片状压电换能器(18)下表面接触的第二导电片(20)，每个片状压电换能器(18)的上表面只与一个第一导电片(19)接触，每个片状压电换能器(18)的下表面也只与一个第二导电片(20)接触，第一导电片(19)和第二导电片(20)作为片状压电换能器(18)的两个电极通过导线(21)将电能传输出去。...
【技术特征摘要】
1.一种压电发电旋转式换能装置，包括顶板(1)、底板(2)和连接顶板(1)和底板(2)的圆环侧壁(3)，顶板(1)、底板(2)和圆环侧壁(3)形成一个圆柱状的绝缘腔体(4)，其特征在于，还包括万向螺纹传动杆(5)，所述的万向螺纹传动杆(5)包括螺纹杆体(5-1)，螺纹杆体(5-1)的顶端设置有球形端头(5-2)，螺纹杆体(5-1)的底端加工有方形限位孔(5-3)；所述的顶板(1)中心位置开设有中心通孔(6)，所述的底板(2)中心位置设置有方形限位销(7)，万向螺纹传动杆(5)穿过中心通孔(6)进入绝缘腔体(4)内，万向螺纹传动杆(5)底端的方形限位孔(5-3)与方形限位销(7)配合使得万向螺纹传动杆(5)只能沿着轴向运动，方形限位销(7)上套有第一复位弹簧(8)，第一复位弹簧(8)的一端顶在底板(1)内壁上，第一复位弹簧(8)的另一端顶在万向螺纹传动杆(5)的底端；所述的万向螺纹传动杆(5)的球形端头(5-2)伸出顶板(1)外，球形端头(5-2)安装在承力板(9)上的万向限位洞(10)内；所述的万向螺纹传动杆(5)的螺纹杆体(5-1)上配合安装有内螺纹太阳传动齿轮盘(11)，万向螺纹传动杆(5)沿着轴向升降运动时能够带动内螺纹太阳传动齿轮盘(11)以万向螺纹传动杆(5)的中心轴线为中心转动，内螺纹太阳传动齿轮盘(11)通过行星传动齿轮(12)与行星架转动筒(13)之间实现齿轮传动，行星架转动筒(13)与内螺纹太阳传动齿轮盘(11)的转动中心相同；所述的行星架转动筒(13)外壁上沿着径向均匀辐射状布设有多个挤压臂(14)，挤压臂(14)的端部设置有挤压端头(15)；所述的圆环侧壁(3)上均匀布设有多个绝缘的电极固定架(16)，每个电机固定架(16)两侧各开设有一个电极卡槽(17)，相邻两个电极固定架(16)的一对电极卡槽(17)内安装有一个片状压电换能器(18)，片状压电换能器(18)的个数与挤压端头(15)的个数相等，行星架转动筒(13)转动时挤压端头(15)能够与片状压电换能器(18)挤压接触，片状压电换能器(18)弯曲变形产生电能；所述的电极卡槽(17)内安装有与片状压电换能器(18)上表面接触的第一导电片(19)，电极卡槽(17)内还安装有与片状压电换能器(18)下表面接触的第二导电片(20)，每个片状压电换能器(18)的上表面只与一个第一导电片(19)接触，每个片状压电换能器(18)的下表面也只与一个第二导电片(20)接触，第一导电片(19)和第二导电片(20)作为片状压电换能器(18)的两个电极通过导线(21)将电能传输...
【专利技术属性】
技术研发人员：王朝辉，王海梁，李彦伟，石鑫，高志伟，王帅，赵健雄，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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