本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種壓電式振動(dòng)能量采集器，把周圍環(huán)境中振動(dòng)所產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能。此振動(dòng)能量采集器由殼體、彈簧、帶有陣列撥片的質(zhì)量塊、導(dǎo)桿、壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)、抵擋座和導(dǎo)線組成。當(dāng)此振動(dòng)能量采集器安裝在振動(dòng)環(huán)境中或攜帶在人體上時(shí)，環(huán)境或人體的振動(dòng)會(huì)帶動(dòng)質(zhì)量塊沿導(dǎo)桿上下振動(dòng)，使質(zhì)量塊的撥片不停地?fù)軇?dòng)壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)，從而使壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)發(fā)生形變，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)換。與傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)的能量采集方式不同，本發(fā)明專利技術(shù)采用壓電式，具有結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)、便于安裝和使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。此外，其內(nèi)部質(zhì)量塊上設(shè)置有撥片陣列，使得頻率較低的環(huán)境振動(dòng)能夠激勵(lì)振動(dòng)能量采集器內(nèi)壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)進(jìn)行較高頻率的振動(dòng)，從而大幅提高能量轉(zhuǎn)換效率。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及機(jī)械和電學(xué)
，特別涉及一種振動(dòng)能量采集裝置。
技術(shù)介紹
便攜式電子器件和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在過去幾十年得到了快速的發(fā)展，尤其在人體健康檢測(cè)、環(huán)境污染監(jiān)測(cè)、軍事偵察和野外動(dòng)物跟蹤等方面得到了廣泛的應(yīng)用。通常上述器件依靠傳統(tǒng)的化學(xué)電池提供能量，然而傳統(tǒng)的化學(xué)電池所能存儲(chǔ)的有限電能使得它們需要定期更換，并且在生產(chǎn)和廢棄時(shí)可能引起環(huán)境污染等問題。于是國內(nèi)外一些研宄者嘗試從環(huán)境中收集能量以便給便攜式電子器件和無線傳感器供電，從而使得便攜式電子器件和無線傳感器在不需更換電池的情況下能夠長(zhǎng)期甚至無時(shí)間限制的工作。機(jī)械振動(dòng)是環(huán)境中普遍存在的一種能量形式，廣泛存在于普通家庭電器、工業(yè)機(jī)械設(shè)備、交通運(yùn)輸工具、以及生物體等。利用壓電材料制備的振動(dòng)能量采集器可實(shí)現(xiàn)將振動(dòng)的能量轉(zhuǎn)換為電能。一個(gè)壓電式振動(dòng)能量采集器的典型結(jié)構(gòu)為利用壓電材料制備而成的一端固定而另一端自由的片狀懸臂梁結(jié)構(gòu)，并且當(dāng)激勵(lì)壓電材料的環(huán)境振動(dòng)的頻率越高時(shí)，振動(dòng)能量采集器的能量轉(zhuǎn)換效率越高。然而需要指出的是通常環(huán)境振動(dòng)的頻率在200Hz以下，這種較低頻率的振動(dòng)往往使得壓電式振動(dòng)能量采集器難以具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供了一種壓電式振動(dòng)能量采集器，其內(nèi)部質(zhì)量塊上設(shè)置有撥片陣列，使得頻率較低的環(huán)境振動(dòng)能夠激勵(lì)振動(dòng)能量采集器內(nèi)壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)進(jìn)行較高頻率的振動(dòng)，從而大幅提尚能量轉(zhuǎn)換效率。本專利技術(shù)所采取的技術(shù)方案是:振動(dòng)能量采集器由殼體1、彈簧2、帶有陣列撥片的質(zhì)量塊3、導(dǎo)桿4、壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)5、抵擋座6和導(dǎo)線7組成；質(zhì)量塊3的中心設(shè)置有與導(dǎo)桿4匹配的圓柱形長(zhǎng)孔8，質(zhì)量塊3可沿導(dǎo)桿4上下自由滑動(dòng)；導(dǎo)桿4貫穿質(zhì)量塊3，并且兩端固定連接在殼體I內(nèi)部上下面上；彈簧2兩端分別固定在質(zhì)量塊3和殼體I上；壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)5由一片金屬支撐片10和分別附著于金屬支撐片一側(cè)表面上壓電材料薄片9、以及另一側(cè)表面上壓電材料11組成；抵擋座6與一個(gè)壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)5相匹配，構(gòu)成抵擋座6的兩個(gè)四分之一圓柱狀結(jié)構(gòu)或類似結(jié)構(gòu)分別位于壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)5的兩側(cè)，與壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)5 —同固定在殼體I內(nèi)部的側(cè)面上。當(dāng)此振動(dòng)能量采集器安裝在振動(dòng)環(huán)境中或攜帶在人體上時(shí)，環(huán)境或人體的振動(dòng)通過彈簧2拉動(dòng)動(dòng)質(zhì)量塊3沿導(dǎo)桿4上下振動(dòng)，使質(zhì)量塊3的撥片不停地?fù)軇?dòng)壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)5，從而使壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)5發(fā)生形變，在壓電材料薄片9和壓電材料薄片11上產(chǎn)生電能。壓電材料薄片9和壓電材料薄片11通過串聯(lián)或并聯(lián)的方式進(jìn)行連接，并進(jìn)一步連接整流電路、穩(wěn)壓電路和儲(chǔ)能元件，最后實(shí)現(xiàn)電能的輸出，從而實(shí)現(xiàn)為各種電子器件提供電能。本專利技術(shù)采用上述技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以達(dá)到下列效果: 1.現(xiàn)有的振動(dòng)能量采集器主要是基于電磁感應(yīng)的方式，這種裝置為了獲得較大的感應(yīng)電流，往往體積較大并且結(jié)構(gòu)相對(duì)較為復(fù)雜。而本專利技術(shù)提出的振動(dòng)能量采集器采用壓電式結(jié)構(gòu)，利用垂吊式質(zhì)量塊撥動(dòng)壓電片而進(jìn)行發(fā)電的結(jié)構(gòu)，體積小巧、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易，易于實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)的微型化和集成化。2.本專利技術(shù)內(nèi)部質(zhì)量塊上設(shè)置有撥片陣列，使得頻率較低的環(huán)境振動(dòng)能夠激勵(lì)振動(dòng)能量采集器內(nèi)壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)進(jìn)行較高頻率的振動(dòng)，從而大幅度提高能量轉(zhuǎn)換效率。3.本專利技術(shù)可用來給各種便攜式電子器件、無線傳感網(wǎng)等供電，擺脫電池供電的束縛。【附圖說明】圖1為本專利技術(shù)所述壓電式振動(dòng)能量采集器的平面結(jié)構(gòu)示意圖，1-殼體；2_帶陣列撥片的質(zhì)量塊；3-彈簧；4-導(dǎo)桿；5_壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)；6_抵擋座；7_導(dǎo)線。圖2為本專利技術(shù)所述振動(dòng)能量采集器中帶陣列撥片的質(zhì)量塊3的結(jié)構(gòu)示意圖，質(zhì)量塊3中心設(shè)置有與導(dǎo)桿4匹配的圓柱形長(zhǎng)孔8。圖3為本專利技術(shù)所述振動(dòng)能量采集器中導(dǎo)桿4的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本專利技術(shù)所述振動(dòng)能量采集器中壓片發(fā)電結(jié)構(gòu)5的結(jié)構(gòu)示意圖，9-壓電材料薄片；10-金屬支撐片；11-壓電材料薄片。圖5為本專利技術(shù)所述振動(dòng)能量采集器中抵擋座6的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本專利技術(shù)所述振動(dòng)能量采集器的能量管理電路。【具體實(shí)施方式】以下結(jié)合說明書附圖對(duì)本專利技術(shù)裝置作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。【具體實(shí)施方式】如下: 參照?qǐng)D1，本專利技術(shù)提出的振動(dòng)能量采集器由殼體1、彈簧2、帶有陣列撥片的質(zhì)量塊3、導(dǎo)桿4、壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)5、抵擋座6和導(dǎo)線7組成。殼體I為長(zhǎng)方體金屬殼。在質(zhì)量塊3上下表面和殼體I內(nèi)部上下兩面之間連接有兩列長(zhǎng)度和彈性系數(shù)相同的彈簧2，導(dǎo)桿4貫穿質(zhì)量塊3，兩端固定連接在殼體I內(nèi)部上下面上。壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)5和抵擋座6可以使用粘接劑粘接等方式固定在殼體I內(nèi)部的兩側(cè)。導(dǎo)線7焊接在壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)5中兩片壓電薄片的電極上。圖2為帶有陣列撥片的質(zhì)量塊3的結(jié)構(gòu)示意圖，質(zhì)量塊3的中部為一長(zhǎng)圓柱孔，圓柱孔的直徑要略大于導(dǎo)桿4的直徑，使得導(dǎo)桿4能夠貫穿質(zhì)量塊3。質(zhì)量塊3的兩側(cè)粘接若干片撥片。圖4為壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)5的結(jié)構(gòu)示意圖，由壓電材料薄片9、金屬支撐片10、壓電材料薄片11組成，壓電材料薄片9和壓電材料薄片11通過粘結(jié)劑分別被粘結(jié)在金屬支撐片10的兩個(gè)表面上。抵擋座6為兩個(gè)四分之一圓柱狀結(jié)構(gòu)或類似結(jié)構(gòu)，如圖5所示，抵擋座6表面較光滑，材料可為塑料或金屬。當(dāng)此振動(dòng)能量采集器安裝在振動(dòng)環(huán)境中或攜帶在人體上時(shí)，環(huán)境或人體的振動(dòng)通過彈簧2拉動(dòng)動(dòng)質(zhì)量塊3沿導(dǎo)桿4上下振動(dòng)，使質(zhì)量塊3的撥片不停地?fù)軇?dòng)壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)5，從而使壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)5發(fā)生形變，在壓電材料薄片9和壓電材料薄片11上產(chǎn)生電能。參照?qǐng)D6，本專利技術(shù)所述振動(dòng)能量采集器經(jīng)過整流、穩(wěn)壓、儲(chǔ)存后就可以向各種電子設(shè)備進(jìn)行供電。【主權(quán)項(xiàng)】1.一種壓電式振動(dòng)能量采集器，其特征在于，由殼體(1)、彈簧(2)、帶有陣列撥片的質(zhì)量塊(3)、導(dǎo)桿(4)、壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)(5)、抵擋座(6)和導(dǎo)線(7)組成；質(zhì)量塊(3)的中心設(shè)置有與導(dǎo)桿(4)匹配的圓柱形長(zhǎng)孔(8)，導(dǎo)桿(4)貫穿質(zhì)量塊(3)，兩端固定連接在殼體(I)內(nèi)部上下面上；彈簧(2)兩端分別固定在質(zhì)量塊(3)和殼體(I)上；壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)(5)由一片金屬支撐片(10)和分別附著于金屬支撐片(10)的一側(cè)表面上壓電材料薄片(9)、以及另一側(cè)表面上壓電材料(11)組成；抵擋座(6)與一個(gè)壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)(5)相匹配，構(gòu)成抵擋座(6)的兩個(gè)四分之一圓柱狀結(jié)構(gòu)或類似結(jié)構(gòu)分別位于壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)(5)的兩側(cè)，與壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)(5) —同固定在殼體(I)內(nèi)部的側(cè)面上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓電式振動(dòng)能量采集器，其特征在于，質(zhì)量塊(3)可沿導(dǎo)桿(4)上下自由滑動(dòng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓電式振動(dòng)能量采集器，其特征在于，壓電材料薄片(9)和壓電材料薄片(11)通過并聯(lián)方式進(jìn)行連接，并進(jìn)一步連接整流電路、穩(wěn)壓電路和儲(chǔ)能元件，實(shí)現(xiàn)電能的輸出。【專利摘要】本專利技術(shù)公開了一種壓電式振動(dòng)能量采集器，把周圍環(huán)境中振動(dòng)所產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能。此振動(dòng)能量采集器由殼體、彈簧、帶有陣列撥片的質(zhì)量塊、導(dǎo)桿、壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)、抵擋座和導(dǎo)線組成。當(dāng)此振動(dòng)能量采集器安裝在振動(dòng)環(huán)境中或攜帶在人體上時(shí)，環(huán)境或人體的振動(dòng)會(huì)帶動(dòng)質(zhì)量塊沿導(dǎo)桿上下振動(dòng)，使質(zhì)量塊的撥片不停地?fù)軇?dòng)壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)，從而使壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)發(fā)生形變，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)換。與傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)的能量采集方式不同，本專利技術(shù)采用壓電式，具有結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)、便于安裝和使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。此外，其內(nèi)部質(zhì)量塊上設(shè)置有撥片陣列，使得頻率較低的環(huán)境振動(dòng)能夠激勵(lì)振動(dòng)能量采集器內(nèi)壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)進(jìn)行較高頻率的本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種壓電式振動(dòng)能量采集器，其特征在于，由殼體（1）、彈簧（2）、帶有陣列撥片的質(zhì)量塊（3）、導(dǎo)桿（4）、壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)（5）、抵擋座（6）和導(dǎo)線（7）組成；質(zhì)量塊（3）的中心設(shè)置有與導(dǎo)桿（4）匹配的圓柱形長(zhǎng)孔（8），導(dǎo)桿（4）貫穿質(zhì)量塊（3），兩端固定連接在殼體（1）內(nèi)部上下面上；彈簧（2）兩端分別固定在質(zhì)量塊（3）和殼體（1）上；壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)（5）由一片金屬支撐片（10）和分別附著于金屬支撐片（10）的一側(cè)表面上壓電材料薄片（9）、以及另一側(cè)表面上壓電材料（11）組成；抵擋座（6）與一個(gè)壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)（5）相匹配，構(gòu)成抵擋座（6）的兩個(gè)四分之一圓柱狀結(jié)構(gòu)或類似結(jié)構(gòu)分別位于壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)（5）的兩側(cè)，與壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)（5）一同固定在殼體（1）內(nèi)部的側(cè)面上。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：曹自平，郭慶，朱洪波，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南京郵電大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32
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