一种用于共享单车的发电装置制造方法及图纸

一种用于共享单车的发电装置，涉及新材料和能源领域。该发电装置，由金属支撑层、无铅压电材料层、硅橡胶缓冲层、合金钢配重层上下叠加构成，可设置在自行车座下部的支撑钢质圆管内。将厚度为1cm的金属支撑层，厚度为2mm的压电陶瓷，厚度为2.8cm的硅橡胶，厚度为1cm的配重质量块按照顺序叠放在一起，构成压电发电装置。本发电装置内置于共享单车的车座底部长管中，既不会影响自行车的美观，也不会像太阳能电池板那样受杂物的遮挡而降低发电效率。

【技术实现步骤摘要】
一种用于共享单车的发电装置
：本技术涉及一种用于共享单车的发电装置，涉及新材料和能源领域。
技术介绍
：共享单车的出现，有效的改善了环境和交通问题，但在其飞速发展的背后，仍存在多方面的不足。例如，共享单车的定位系统及开锁系统的用电问题。现在就我们身边最常见的小黄车和摩拜进行简要分析：小黄车造价相对低廉，成本大约在200-300元之间，所采用的供电装置是类似于纽扣电池的一次性电池。一旦车载的电池电量耗尽，此车将无法完成开锁工作，成为僵尸车。一方面，一次性电池造成环境污染，另一方面，寻找僵尸车效率低下，使得大量小黄车得不到充分利用，造成资源浪费。摩拜单车最先在车轮花鼓处安装永磁无刷直流电机，利用电磁感应原理实现自充电和刹车功能，但造价成本颇高，每辆单车的单价达3000元左右。此外，摩拜单车也采用在车筐内安装太阳能电池板的方式。太阳能电池板具有永久性、清洁性和灵活性三大优点，但光能受环境条件的约束较大，在阴天下雨环境下发电功率会大幅下降；此外，车筐设计的初衷是盛放物品，而太阳能电池板恰恰位于车筐的底部，这在很大程度上也阻碍了其接收光照发电的效率。因此，目前出现的各种应用于共享单车开锁系统和定位系统的用电装置还不是很完善。
技术实现思路
：本技术的目的在于：提供一种用于共享单车的发电装置，该装置通过采用无铅压电材料制成发电部件，并通过将该部件和相关的元件组合在一起可安装在共享单车车座的支撑钢质圆管内。随着骑行者骑行时的压力和颠簸振动，发电部件内部的压电材料收集振动能量并发电，应用时再经过整流和变压，将产生的电能储存在储能装置中，最终为共享单车的定位系统和开锁系统的供电。为实现上述目的，本技术的发电装置，其特征在于，为上下结构，固定在一起，自上而下依次为金属支撑合金钢层(1)、为无铅压电陶瓷材料层(2)、硅橡胶缓冲层(3)、合金钢配重层(4)，金属支撑合金钢层(1)、为压电材料层(2)之间采用环氧树脂绝缘层(5)粘结在一起；在金属支撑合金钢层(1)的上表面中心位置设有一柱型凹槽，柱型凹槽内配有一螺栓(6)，用于将发电装置的圆柱体固定于车座上。发电装置整体为圆柱体结构，金属支撑合金钢层上下轴向的厚度为1cm，无铅压电陶瓷材料层(2)上下轴向的厚度为2mm，硅橡胶缓冲层上下轴向的厚度为2.8cm，合金钢配重层(4)上下轴向的厚度为1cm。环氧树脂绝缘层(5)的厚度忽略不计。这种发电装置内部含有无铅压电陶瓷材料，它能收集骑行时的振动能量进行发电，再经过整流和变压，并将产生的电能储存在储能电池中，应用于共享单车的开锁系统和定位系统的供电。该装置的相关材料和元件易获得，且符合绿色环保和可持续发展的主题。本技术与现有技术相比的有益效果是：相比于纽扣电池，压电发电装置无污染，符合绿色可持续发展的主题；而相比于磁感应发电，本技术装置使用无铅压电陶瓷作为核心材料，可使制作成本大幅度降低；相比于太阳能电池板摩拜单车，本发电装置很好地避免了因为夜晚或者阴天下雨等天气情况下造成的发电效率不足的问题。同时，本发电装置内置于共享单车的车座底部长管中，既不会影响自行车的美观，也不会像太阳能电池板那样受杂物的遮挡而降低发电效率。附图说明：图1为共享单车的发电装置应用的框架结构图，其中包括无铅压电陶瓷发电部分、整流变压单元、储能元件及作为负载的共享单车开锁和定位系统。图2为本技术压电发电装置的结构图。其中，1为金属支撑合金钢层、2为无铅压电陶瓷材料层、3为硅橡胶缓冲层、4为合金钢配重层、5为环氧树脂绝缘层、6为螺栓。图3为无铅压电陶瓷材料层的微观结构，其内部由若干微米级无铅压电陶瓷薄片构成，形成多层结构，以提高能量收集效率和发电功率。具体实施方式下面结合实施例对本技术作进一步说明，但本技术并不限于以下实施例。实施例1一种用于共享单车的发电装置，为上下结构，固定在一起，自上而下依次为金属支撑合金钢层1、为无铅压电陶瓷材料层2、硅橡胶缓冲层3、合金钢配重层4，金属支撑合金钢层1、为压电材料层2之间采用环氧树脂绝缘层5粘结在一起；在金属支撑合金钢层1的上表面中心位置设有一柱型凹槽，柱型凹槽内配有一螺栓，用于将发电装置的圆柱体固定于车座的支撑钢质圆管内并与车座固定连接，发电装置整体为圆柱体结构，具体见图2。将厚度为1cm的金属支撑层，厚度为2mm的压电陶瓷，厚度为2.8cm的硅橡胶，厚度为1cm的配重质量块按照顺序叠放在一起，构成压电发电装置的发电单元。其中，金属支撑层与底座之间由螺栓连接，合金钢材料、无铅压电材料、硅橡胶缓冲层之间还可以通过环氧树脂薄层黏接。为提高发电效率，发电装置中的无铅压电陶瓷材料部分可采用多层技术，由若干层厚度在数十微米的无铅压电陶瓷薄片层叠而成，具体见图3。通常，普通成人骑行时平均时速为15km/h，自行车的轮胎直径为26in，则骑行时车轮转动频率约为2Hz。一般自行车座的支撑钢质圆管的直径约为2.7cm，可以容纳直径为2cm左右的发电装置，钢质圆管的长度约为21cm，可以容纳长度为5cm的发电装置。发电装置由一层金属支撑层(一般采用密度为7.85g/cm3，杨氏模量为206GPa的合金钢)，无铅压电陶瓷材料(一般采用密度为6.08g/cm3，杨氏模量为145MPa的压电陶瓷材料)，缓冲材料(一般采用密度为1.1g/cm3，杨氏模量为10MPa的硅橡胶)，配重质量块(一般采用密度为7.85g/cm3,杨氏模量为206GPa的合金钢)及绝缘层(一般采用密度为0.98g/cm3，杨氏模量为1GPa的环氧树脂)和导线构成。取发电装置直径为2cm，长度为5cm，忽略绝缘材料环氧树脂的厚度，按共振频率与发电装置的质量与杨氏模量的关系式(1)得到体系的共振频率f：其中：Y1，Y2，Y3分别为合金钢、压电陶瓷材料、硅橡胶的杨氏模量；ρ1，ρ2，ρ3分别为合金钢、压电陶瓷、硅橡胶的密度；x、y分别为合金钢、压电陶瓷材料的长度(厚度)，1-x-y为硅橡胶的长度(厚度)。由式(1)可得，当金属支撑层和配重质量块的合金钢厚度总共为2cm，无铅压电陶瓷的厚度为2mm，缓冲材料硅橡胶厚度为2.8cm时，体系的最小共振频率约为150Hz，可以满足压电发电的要求。应用时，可内置于共享单车座的支撑钢质圆管内。随着骑行者行进时对车座的压力和颠簸振动，使内部的无铅压电陶瓷材料持续发电，再经过整流和变压将合适的电能储存在储能单元中(本技术发电装置的正极和负极为无铅压电陶瓷材料层2的径向两端)，为共享单车的开锁系统和定位系统提供电能。具体见图1。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于共享单车的发电装置，其特征在于，为上下结构，固定在一起，自上而下依次为金属支撑合金钢层(1)、为无铅压电陶瓷材料层(2)、硅橡胶缓冲层(3)、合金钢配重层(4)，金属支撑合金钢层(1)、为压电材料层(2)之间采用环氧树脂绝缘层(5)粘结在一起；在金属支撑合金钢层(1)的上表面中心位置设有一柱型凹槽，柱型凹槽内配有一螺栓(6)，用于将发电装置的圆柱体固定于车座上；发电装置整体为圆柱体结构。

【技术特征摘要】
1.一种用于共享单车的发电装置，其特征在于，为上下结构，固定在一起，自上而下依次为金属支撑合金钢层(1)、为无铅压电陶瓷材料层(2)、硅橡胶缓冲层(3)、合金钢配重层(4)，金属支撑合金钢层(1)、为压电材料层(2)之间采用环氧树脂绝缘层(5)粘结在一起；在金属支撑合金钢层(1)的上表面中心位置设有一柱型凹槽，柱型凹槽内配有一螺栓(6)，用于将发电装置的圆柱体固定于车座上；发电装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱满康，严孝芬，侯育冬，郑木鹏，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：新型
国别省市：北京,11