一種壓電型能量收集單元及其應用制造技術

本發明專利技術公開了一種壓電型能量收集單元及其應用。所述的壓電型能量收集單元是由壓電振子安裝在簡支梁支撐結構中。將本發明專利技術所述的壓電型能量收集單元與負載電路串接可構成供電單元；在橋梁、大壩、樓房等建筑物體內，安裝上述的供電單元，可以收集環境的振動能為監測建筑物和/或機動設備疲勞狀態的無線傳感器節點供電。將若干個本發明專利技術所述的壓電型能量收集單元組合，可形成壓電型能量收集模塊；所述的壓電型能量收集模塊可以像普通地板一樣鋪設在室內、地鐵站或人流密集的廣場等處，將人體行走時的能量轉換為電能；將所述的壓電型能量收集模塊直接鋪設在公路、鐵路或飛機場的混凝土下面，可以將路面的振動能轉換為電能。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種可以將人體踩踏、車輛行駛、飛機起飛降落等機械運動產生的機械能轉化為電能的技術，具體說，是涉及一種采用壓電材料，利用壓電材料的壓電效應制作的可以將機械能收集，轉化成電能的壓電型能量收集單元及其應用，屬于能源器件

技術介紹
收集機械振動的壓電型能量收集器已被初步研究，目前主要有三種形式的振動型能量收集器件靜電式、電磁式和壓電式。靜電式應用平板電容器原理，需要外接電源；電磁式采用電磁互感效應，通過線圈和磁鐵的相互運動，將機械能轉化為電能，這種方式機電轉化效率較低，并且容易受到電磁干擾；壓電式利用了壓電材料的壓電效應，通過壓電材料受力變形產生電荷的方式將機械能轉化為電能，體積小，能量密度高。壓電材料是一種在外力作用下可以產生電荷的功能材料，它有壓電單晶、壓電陶瓷、有機壓電材料、復合壓電材料等多種類型。壓電材料必須極化后才能使用，極化后的壓電材料表現出極性，當受外力作用時，壓電材料表面就會有電荷產生，這就是壓電效應；相反地，如果壓電材料上下表面施加電場，它就會產生形變，這是逆壓電效應。根據IEEE標準 176(1978)，壓電材料的本構方程為 權利要求1.一種壓電型能量收集單元，其特征在于包括壓電振子和簡支梁支撐結構，壓電振子安裝在簡支梁支撐結構中；所述簡支梁支撐結構包括底板、墊板、限位板和頂板，頂板上方設有蓋板，蓋板下端固定連接有沖擊塊；在所述墊板、限位板和頂板的中心對稱位置均設有安裝壓電振子所需的凹槽；墊板、限位板、頂板的兩側設有定位孔和彈簧孔；底板兩側設有定位孔和盲孔；蓋板兩側設有盲孔，中部設有螺孔；盲孔和彈簧孔之間的空腔內設有彈ο2.根據權利要求1所述的壓電型能量收集單元，其特征在于所述壓電振子為單晶片結構、雙晶片結構、疊層結構、鐃鈸結構、THUNDER結構或RAINBOW結構。3.根據權利要求2所述的壓電型能量收集單元，其特征在于所述壓電振子為單晶片結構，由基底材料和壓電材料組成，在基底材料的正面粘結有壓電材料，且在基底材料和壓電材料上分別焊接有一根導線。4.根據權利要求3所述的壓電型能量收集單元，其特征在于所述單晶片的形狀為矩形、圓形或彎曲形。5.根據權利要求2所述的壓電型能量收集單元，其特征在于所述壓電振子為雙晶片結構，由基底材料和壓電材料組成，在基底材料的正反面分別粘結有壓電材料，且上、下兩壓電材料之間以導線形成并聯，一根導線焊接在基底材料上，另一根導線焊接在壓電材料的電極層上。6.根據權利要求2所述的壓電型能量收集單元，其特征在于所述壓電振子為雙晶片結構，由基底材料和壓電材料組成，在基底材料的正反面分別粘結有壓電材料，且在上、下兩壓電材料的電極層上均焊接有一根導線以形成串聯。7.根據權利要求3、5或6所述的壓電型能量收集單元，其特征在于所述基底材料采用鈹銅、錳鋼、不銹鋼或聚乙烯制成。8.根據權利要求3、5或6所述的壓電型能量收集單元，其特征在于所述壓電材料采用壓電陶瓷材料、壓電單晶材料、無鉛壓電材料或有機壓電材料制成。9.根據權利要求1所述的壓電型能量收集單元，其特征在于所述沖擊塊的橫截面形狀為正六邊形、矩形或圓形。10.根據權利要求1所述的壓電型能量收集單元，其特征在于所述底板、墊板、限位板、頂板和蓋板均由絕緣材料制成；所述沖擊塊采用彈性橡膠制成。11.一種權利要求1所述的壓電型能量收集單元的應用，其特征在于由所述的壓電型能量收集單元與負載電路串接構成供電單元，所述負載電路由整流電路、直流變壓器和無線傳感器節點串接而成。12.根據權利要求10所述的壓電型能量收集單元的應用，其特征在于所述的供電單元用于收集環境的振動能為監測建筑物和/或機動設備疲勞狀態的無線傳感器節點供電。13.—種權利要求1所述的壓電型能量收集單元的應用，其特征在于由若干個所述的壓電型能量收集單元組合形成壓電型能量收集模塊。14.根據權利要求13所述的壓電型能量收集單元的應用，其特征在于將所述的壓電型能量收集模塊鋪設在室內、地鐵站或其它人流密集廣場的地面下。15.根據權利要求14所述的壓電型能量收集單元的應用，其特征在于在所述地面下的沙土層上留出鋪設所述的壓電型能量收集模塊的凹槽，鋪設完成后在能量收集模塊上方覆蓋一層防護材料，并保持與普通地板平齊。16.根據權利要求13所述的壓電型能量收集單元的應用，其特征在于將所述的壓電型能量收集模塊直接鋪設在公路、鐵路或飛機場的混凝土下面。全文摘要本專利技術公開了一種壓電型能量收集單元及其應用。所述的壓電型能量收集單元是由壓電振子安裝在簡支梁支撐結構中。將本專利技術所述的壓電型能量收集單元與負載電路串接可構成供電單元；在橋梁、大壩、樓房等建筑物體內，安裝上述的供電單元，可以收集環境的振動能為監測建筑物和/或機動設備疲勞狀態的無線傳感器節點供電。將若干個本專利技術所述的壓電型能量收集單元組合，可形成壓電型能量收集模塊；所述的壓電型能量收集模塊可以像普通地板一樣鋪設在室內、地鐵站或人流密集的廣場等處，將人體行走時的能量轉換為電能；將所述的壓電型能量收集模塊直接鋪設在公路、鐵路或飛機場的混凝土下面，可以將路面的振動能轉換為電能。文檔編號H02N2/18GK102324871SQ20111028354公開日2012年1月18日 申請日期2011年9月22日 優先權日2011年9月22日專利技術者任博, 徐海清, 李曉兵, 林迪, 梁柱, 狄文寧, 王東, 王升, 羅豪甦, 許春東, 趙祥永 申請人:中國科學院上海硅酸鹽研究所本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種壓電型能量收集單元，其特征在于：包括壓電振子和簡支梁支撐結構，壓電振子安裝在簡支梁支撐結構中；所述簡支梁支撐結構包括底板、墊板、限位板和頂板，頂板上方設有蓋板，蓋板下端固定連接有沖擊塊；在所述墊板、限位板和頂板的中心對稱位置均設有安裝壓電振子所需的凹槽；墊板、限位板、頂板的兩側設有定位孔和彈簧孔；底板兩側設有定位孔和盲孔；蓋板兩側設有盲孔，中部設有螺孔；盲孔和彈簧孔之間的空腔內設有彈簧。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：羅豪甦，許春東，王東，任博，趙祥永，徐海清，林迪，王升，狄文寧，李曉兵，梁柱，
申請(專利權)人：中國科學院上海硅酸鹽研究所，
類型：發明
國別省市：31