微型压电发电机在公交车上设计和应用

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1、微型压电发电机在公交车上设计和应用摘要：汽车中用到的微型耗电元件虽耗电小，但起着极其重要的作用。对这些微耗元件的供电有严格的要求，根据压电效应换能原理，利用压电陶瓷受外力发电特性研制开发一种脚踏式车用压电发电机装置，并将其安装在公交车上下门踏板位置，由乘客上下车踩踏压电陶瓷实现发电，从而达到节能环保的目的。关键词：压电效应；公交车；发电机；节能环保ThedesignandapplicationofmicropiezoelectriegeneratortobusYangZhenLiMingMing(1.CollegeofElectricalMechanicalEngineering,

2、HainanUniversity,Haikou,Hainan,570228,China；2.CollegeofTraffic,JilinUniversity,Changchun,Jilin,130012,China)Abstract：Micropowerconsumptioncomponentsusedintheautomobilehavesmallpowerconsumption,buttheyplayanextremelyimportantrole.Therearestrictrequirementsonthesemicropowerconsumptionelements,Ba

3、sedonthepiezoelectriceffectoftransducingprinciple,theuseofpiezoelectrieceramicsbygeneratingcharacteristicsofexternalforcedevelopabususingpiezoelectriegenera.tor.AndinstallthegeneratoronthepositionofthebusdoorpedaLThepassengersgetonandoffthetramplingofpiezoelectricceramictogenerateelectricity,a

4、chievingthepurposeofenergysaving.Keywords:piezoelectrieeffectbusgeneratorenergyconservationandenvironmentprotection0引言压电效应是由1880年皮埃尔•居里和雅克•居里兄弟发现，它包括正压电效应和逆压电效应。所谓正压电效应是指某些晶体在受到外界作用力时，其相对表面产生电极化的现象，当去掉外力后，晶体表面又重新回到不带电的状态；而逆压电效应是给晶体施加电场（电压）时，晶体形状发生改变，当外加电场去掉后，晶体形变随之消失。微型车用压电发电机就是利用正压电效应将乘客上下车的机

5、械能转化为电能，为公交车提供能源。1应用背景及意义目前，压电发电的研究在美国，日本，荷兰，西班牙等国家已经逐步深入，并取得了一系列的科研成果。如美国普林斯顿海洋动力技术公司开发一种利用海浪海流的压力和应力使压电高聚物发电装置；日本科研人员研发一种发电地板，设置在东京繁华的涉谷火车站人行道上，当行人走过地板时地板就可以发电；此外，荷兰鹿特丹市韦斯特加斯公的舞池发电地板，人们跳舞的机械能转化为电能，从而点亮安装在地板表面的内置二极管。而国内压电发电机的研究虽屡有突破，但实际生活中并没有普遍应用。所以，以压电效应为理论基础，设计一种能应用于公交车的微型压电发电系统，实现节能减排大有必要。

6、2材料选取压电学的历史始于1880年居里兄弟通过实验发现压电效应。但是在1955年发现压电陶瓷之后压电材料才真正获得广泛应用。压电陶瓷和压电单晶相比，有电性强，介电常数高，形状可以任意加工，适宜于大功率换能等优点，所以我们采用压电材料为PZT-43o每片压电陶瓷的尺寸规格为:20X20X3mmo3设计原理3.1发电结构装置微型压电发电装置结构示意简图在压电发电系统中，当乘客上下车踩在箱体1的上表面时，箱体下降带动传力杆7使振荡弹簧在人重力的作用下被压缩，在压电陶瓷上端面产生压力，因此压电陶瓷5产生形变，上下两端面产生电压，经导线输出。由于质量块4的惯性，会使振荡弹簧3产生周期性振荡

7、，则在压电陶瓷上端面产生一周期性外驱力，从而产生周期性电压。箱体上端面通过复位弹簧2上升到原始位置。为安全起见，压电陶瓷周围用绝缘材料6与外部经行隔离。3.2电路连接简图压电材料两端电压经导线引出后连接整流器2,使产生的交变电压转变为稳定的直流电压；经整流器2处理后的直流电压再经稳压器3调节，使其成为能满足车用主蓄电池4和副蓄电池7正常工作的充电电压，当主蓄电池4充满电时,其两端的电荷量变化趋于稳定，此时传感器5接收其两端的电量信号，通过控制装置6使稳压器3向副蓄电池