一種沖擊式壓電振動(dòng)能量收集裝置制造方法
【專利摘要】一種沖擊式壓電振動(dòng)能量收集裝置，包括固定基座、支架、彈簧、質(zhì)量塊、橫梁、質(zhì)量球和壓電振子，所述支架一端固定在固定基座上，另一端與橫梁鉸接，所述彈簧一端固定于固定基座上，另一端與質(zhì)量塊底部連接，所述橫梁有兩個(gè)，所述兩個(gè)橫梁分別與質(zhì)量塊鉸接，所述壓電振子由左側(cè)壓電片、彈性金屬基片和右側(cè)壓電片組成，所述壓電振子對(duì)稱設(shè)置在對(duì)應(yīng)的橫梁上，所述壓電振子一端固定于橫梁上，另一端處于自由狀態(tài)，所述質(zhì)量球位于同一側(cè)橫梁上相鄰兩個(gè)壓電振子之間。本發(fā)明一種沖擊式壓電振動(dòng)能量收集裝置，本發(fā)明裝置將外界環(huán)境中的振動(dòng)能轉(zhuǎn)換為裝置中質(zhì)量球的沖擊振動(dòng)，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為電能，使用方便，可擴(kuò)展性強(qiáng)。
【專利說(shuō)明】一種沖擊式壓電振動(dòng)能量收集裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新型能源和電子【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種沖擊式壓電振動(dòng)能量收集裝置。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)能源的需求日益劇增，環(huán)境污染和能源短缺成為困擾世界各國(guó)的一個(gè)共同難題，并由此而造成的環(huán)境惡化和能源危機(jī)逐漸開(kāi)始影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活。迫于此壓力，各國(guó)科技工作者開(kāi)始了尋找和開(kāi)發(fā)新型能源的探索，比如太陽(yáng)能、風(fēng)能、波浪能等。振動(dòng)作為日常生活中的常見(jiàn)現(xiàn)象，由于其具有較高的能量密度，其潛在的能量?jī)r(jià)值已引起越來(lái)越多的研究者的關(guān)注。目前，用于實(shí)現(xiàn)振動(dòng)能量收集的裝置主要有壓電式、電磁式和靜電式三種。壓電式振動(dòng)能量收集裝置以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不發(fā)熱、無(wú)電磁干擾及易于微型化等諸多優(yōu)點(diǎn)而成為目前的研究熱點(diǎn)?；诖?，目前出現(xiàn)了各種各樣的壓電式振動(dòng)能量收集裝置，如懸臂梁結(jié)構(gòu)、Cymbal結(jié)構(gòu)、疊堆形結(jié)構(gòu)等。對(duì)于壓電式振動(dòng)能量收集裝置，理論上其供電壽命僅取決于組成振動(dòng)能量收集裝置的各元器件的壽命，清潔環(huán)保，是一種典型的“綠色”能源技術(shù)。
[0004]值得注意的是，在各種形式的壓電式振動(dòng)能量收集裝置的研究中，沖擊式壓電振動(dòng)能量收集裝置的報(bào)道相對(duì)較少。由NEC TOKIN與日本Heardea研制的基于壓電元件的新型道路標(biāo)識(shí)在日本已試運(yùn)行，其原理就是通過(guò)置于環(huán)形槽內(nèi)鋼球的滾動(dòng)，沖擊壓電元件來(lái)發(fā)電，該裝置設(shè)置在交通量大的隧道內(nèi)，可利用汽車駛過(guò)時(shí)產(chǎn)生的氣流驅(qū)動(dòng)標(biāo)識(shí)旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)鋼球產(chǎn)生滾動(dòng)。該設(shè)計(jì)方案的主要缺點(diǎn)是，當(dāng)車連續(xù)駛過(guò)而產(chǎn)生強(qiáng)烈的風(fēng)時(shí)標(biāo)識(shí)就會(huì)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使鋼球緊貼著壓電元件運(yùn)動(dòng)，壓電元件得不到交變的壓力作用，就不能發(fā)電了。考慮到外界環(huán)境中豐富的振動(dòng)能資源，如何將外界環(huán)境中的振動(dòng)能應(yīng)用于沖擊式壓電振動(dòng)能量收集裝置是一個(gè)非常值得研究的方向。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)前述【背景技術(shù)】中的缺陷和不足，提供一種沖擊式壓電振動(dòng)能量收集裝置，本發(fā)明裝置將外界環(huán)境中的振動(dòng)能轉(zhuǎn)換為裝置中質(zhì)量球的沖擊振動(dòng)，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為電能，使用方便，可擴(kuò)展性強(qiáng)，為達(dá)此目的，本發(fā)明提供一種沖擊式壓電振動(dòng)能量收集裝置，包括固定基座、支架、彈簧、質(zhì)量塊、橫梁、質(zhì)量球和壓電振子，所述支架一端固定在固定基座上，另一端與橫梁鉸接，所述彈簧一端固定于固定基座上，另一端與質(zhì)量塊底部連接，所述橫梁有兩個(gè)，所述兩個(gè)橫梁分別與質(zhì)量塊鉸接，所述壓電振子由左側(cè)壓電片、彈性金屬基片和右側(cè)壓電片組成，所述壓電振子對(duì)稱設(shè)置在對(duì)應(yīng)的橫梁上，所述壓電振子一端固定于橫梁上，另一端處于自由狀態(tài)，所述質(zhì)量球位于同一側(cè)橫梁上相鄰兩個(gè)壓電振子之間。[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述每個(gè)橫梁上的壓電振子的數(shù)量為η個(gè)，且η >2，本發(fā)明橫梁上可設(shè)置多個(gè)壓電振子，使用者可根據(jù)橫梁長(zhǎng)度以及實(shí)際需要進(jìn)行選擇。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述左側(cè)壓電片和右側(cè)壓電片為矩形形狀或三角形形狀或梯形形狀，且沿厚度方向極化，本發(fā)明可根據(jù)實(shí)際情況選擇相應(yīng)形狀的壓電片。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述彈性金屬基片為矩形形狀或三角形形狀或梯形形狀，本發(fā)明可根據(jù)實(shí)際情況選擇相應(yīng)形狀的彈性金屬基片。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述橫梁兩側(cè)有隔板，為了防止質(zhì)量球在運(yùn)動(dòng)中掉落，可在橫梁兩側(cè)設(shè)置隔板。
[0011]采用上述方案后，本發(fā)明通過(guò)設(shè)置固定基座、支架、彈簧、質(zhì)量塊、橫梁、質(zhì)量球和壓電振子，可以將外界自然環(huán)境的振動(dòng)轉(zhuǎn)換為質(zhì)量球的沖擊振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電；同時(shí)，振動(dòng)能量收集裝置橫梁上的壓電振子的數(shù)量可進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)展，從而提高了振動(dòng)能量收集裝置的發(fā)電量，增強(qiáng)了裝置的實(shí)用性。
[0012]
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明中壓電振子的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]具體部件如下:
1、固定基座；2、支架； 3、彈簧；
4、質(zhì)量塊； 5、橫梁； 6、質(zhì)量球；
7、壓電振子；71、左側(cè)壓電片；72、彈性金屬基片；
73、右側(cè)壓電片。
[0015]
【具體實(shí)施方式】
[0016]結(jié)合圖1和圖2所示，本發(fā)明提供一種沖擊式壓電振動(dòng)能量收集裝置，包括固定基座1、支架2、彈簧3、質(zhì)量塊4、橫梁5、質(zhì)量球6和壓電振子7，下面分別介紹。
[0017]支架2 —端固定在固定基座I上，另一端與橫梁5鉸接，彈簧3 —端固定于固定基座I上，另一端與質(zhì)量塊4連接，兩個(gè)橫梁5分別與質(zhì)量塊4鉸接。
[0018]壓電振子7 —端固定于橫梁5上,另一端處于自由狀態(tài)，質(zhì)量球6位于相鄰兩個(gè)壓電振子7之間；每個(gè)橫梁5上壓電振子7的數(shù)量η可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，且η > 2，如在本實(shí)施例中選用3個(gè)，配合圖1所示，本實(shí)施例中的壓電振子7包括左側(cè)壓電片71、彈性金屬基片72和右側(cè)壓電片73，其中，左側(cè)壓電片71和右側(cè)壓電片73分別同向貼附于彈性金屬基片72的左表面和右表面，用以借助正壓電效應(yīng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，所述的左側(cè)壓電片71和右側(cè)壓電片73沿厚度方向極化。
[0019]本實(shí)施例在工作時(shí)，將裝置置于外界自然振動(dòng)環(huán)境中，并借助固定基座I加以固定；環(huán)境中的振動(dòng)將誘發(fā)裝置中的質(zhì)量塊4產(chǎn)生受迫振動(dòng)，質(zhì)量塊4的振動(dòng)將帶動(dòng)兩個(gè)橫梁5上下往復(fù)擺動(dòng)，進(jìn)而引起質(zhì)量球6的沖擊振動(dòng)，在質(zhì)量球6的沖擊振動(dòng)作用下，壓電振子7將產(chǎn)生交替變化的彎曲變形，從而使得粘貼在彈性金屬基片72上的左側(cè)壓電片71和右側(cè)壓電片73產(chǎn)生交替變化的彎曲變形，根據(jù)壓電材料的正壓電效應(yīng)，在左側(cè)壓電片71和右側(cè)壓電片73的正負(fù)電極面上產(chǎn)生正、負(fù)相反的電荷，即實(shí)現(xiàn)了由機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換。此外，由于振動(dòng)能量收集裝置中可以設(shè)置更多數(shù)量的壓電振子7，從而提高了振動(dòng)能量收集裝置的發(fā)電量。
[0020]綜上所述，本發(fā)明提出的一種沖擊式壓電振動(dòng)能量收集裝置，能感知外界環(huán)境振動(dòng)，并將外界環(huán)境振動(dòng)轉(zhuǎn)換為裝置中質(zhì)量球6的沖擊振動(dòng)，通過(guò)擴(kuò)展壓電振子7的數(shù)量能有效提高裝置的發(fā)電量，且使用壽命長(zhǎng)，增強(qiáng)了其實(shí)用性。
[0021]以上僅為本發(fā)明例示，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種沖擊式壓電振動(dòng)能量收集裝置，包括固定基座(1)、支架(2)、彈簧(3)、質(zhì)量塊(4)、橫梁(5)、質(zhì)量球(6)和壓電振子(7)，其特征在于:所述支架(2)—端固定在固定基座(I)上，另一端與橫梁(5)鉸接，所述彈簧(3)—端固定于固定基座(1)上，另一端與質(zhì)量塊(4 )底部連接，所述橫梁(5 )有兩個(gè)，所述兩個(gè)橫梁(5 )分別與質(zhì)量塊(4 )鉸接，所述壓電振子(7)由左側(cè)壓電片(71)、彈性金屬基片(72)和右側(cè)壓電片(73)組成，所述壓電振子(7)對(duì)稱設(shè)置在對(duì)應(yīng)的橫梁(5)上，所述壓電振子(7) —端固定于橫梁(5)上，另一端處于自由狀態(tài)，所述質(zhì)量球(6)位于同一側(cè)橫梁(5)上相鄰兩個(gè)壓電振子(7)之間。
2.如權(quán)利要求1所述的一種沖擊式壓電振動(dòng)能量收集裝置，其特征在于:所述每個(gè)橫梁(5)上的壓電振子(7)的數(shù)量為η個(gè)，且η≥2。
3.如權(quán)利要求1所述的一種沖擊式壓電振動(dòng)能量收集裝置，其特征在于:所述左側(cè)壓電片(71)和右側(cè)壓電片(73)為矩形形狀或三角形形狀或梯形形狀，且沿厚度方向極化。
4.如權(quán)利要求1所述的一種沖擊式壓電振動(dòng)能量收集裝置，其特征在于:所述彈性金屬基片(72)為矩形形狀或三角形形狀或梯形形狀。
5.如權(quán)利要求1所述的一種沖擊式壓電振動(dòng)能量收集裝置，其特征在于:所述橫梁(5)兩側(cè)有隔板。
【文檔編號(hào)】H02N2/18GK104022686SQ201410264812
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】劉祥建, 李曉暉, 羅衛(wèi)平, 王珺 申請(qǐng)人:金陵科技學(xué)院