一種沖擊式壓電振動能量收集裝置制造方法
【專利摘要】一種沖擊式壓電振動能量收集裝置，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，所述兩個橫梁分別與質(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，所述壓電振子對稱設(shè)置在對應(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)橫梁上相鄰兩個壓電振子之間。本發(fā)明一種沖擊式壓電振動能量收集裝置，本發(fā)明裝置將外界環(huán)境中的振動能轉(zhuǎn)換為裝置中質(zhì)量球的沖擊振動，進而轉(zhuǎn)換為電能，使用方便，可擴展性強。
【專利說明】一種沖擊式壓電振動能量收集裝置
【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能量收集裝置。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]近年來，隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，對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的一個共同難題，并由此而造成的環(huán)境惡化和能源危機逐漸開始影響經(jīng)濟發(fā)展和人們生活。迫于此壓力，各國科技工作者開始了尋找和開發(fā)新型能源的探索，比如太陽能、風(fēng)能、波浪能等。振動作為日常生活中的常見現(xiàn)象，由于其具有較高的能量密度，其潛在的能量價值已引起越來越多的研究者的關(guān)注。目前，用于實現(xiàn)振動能量收集的裝置主要有壓電式、電磁式和靜電式三種。壓電式振動能量收集裝置以其結(jié)構(gòu)簡單、不發(fā)熱、無電磁干擾及易于微型化等諸多優(yōu)點而成為目前的研究熱點?；诖?，目前出現(xiàn)了各種各樣的壓電式振動能量收集裝置，如懸臂梁結(jié)構(gòu)、Cymbal結(jié)構(gòu)、疊堆形結(jié)構(gòu)等。對于壓電式振動能量收集裝置，理論上其供電壽命僅取決于組成振動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能量收集裝置的研究中，沖擊式壓電振動能量收集裝置的報道相對較少。由NEC TOKIN與日本Heardea研制的基于壓電元件的新型道路標(biāo)識在日本已試運行，其原理就是通過置于環(huán)形槽內(nèi)鋼球的滾動，沖擊壓電元件來發(fā)電，該裝置設(shè)置在交通量大的隧道內(nèi)，可利用汽車駛過時產(chǎn)生的氣流驅(qū)動標(biāo)識旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動鋼球產(chǎn)生滾動。該設(shè)計方案的主要缺點是，當(dāng)車連續(xù)駛過而產(chǎn)生強烈的風(fēng)時標(biāo)識就會高速轉(zhuǎn)動，從而使鋼球緊貼著壓電元件運動，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)境中豐富的振動能資源，如何將外界環(huán)境中的振動能應(yīng)用于沖擊式壓電振動能量收集裝置是一個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)問題是針對前述【背景技術(shù)】中的缺陷和不足，提供一種沖擊式壓電振動能量收集裝置，本發(fā)明裝置將外界環(huán)境中的振動能轉(zhuǎn)換為裝置中質(zhì)量球的沖擊振動，進而轉(zhuǎn)換為電能，使用方便，可擴展性強，為達此目的，本發(fā)明提供一種沖擊式壓電振動能量收集裝置，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，所述兩個橫梁分別與質(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，所述壓電振子對稱設(shè)置在對應(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)橫梁上相鄰兩個壓電振子之間。[0007]作為本發(fā)明的進一步改進，所述每個橫梁上的壓電振子的數(shù)量為η個，且η >2，本發(fā)明橫梁上可設(shè)置多個壓電振子，使用者可根據(jù)橫梁長度以及實際需要進行選擇。
[0008]作為本發(fā)明的進一步改進，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)實際情況選擇相應(yīng)形狀的壓電片。
[0009]作為本發(fā)明的進一步改進，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)明的進一步改進，所述橫梁兩側(cè)有隔板，為了防止質(zhì)量球在運動中掉落，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)境的振動轉(zhuǎn)換為質(zhì)量球的沖擊振動，實現(xiàn)發(fā)電；同時，振動能量收集裝置橫梁上的壓電振子的數(shù)量可進行適當(dāng)擴展，從而提高了振動能量收集裝置的發(fā)電量，增強了裝置的實用性。
[0012]
【專利附圖】

【附圖說明】
[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位于相鄰兩個壓電振子7之間；每個橫梁5上壓電振子7的數(shù)量η可根據(jù)實際情況進行選擇，且η > 2，如在本實施例中選用3個，配合圖1所示，本實施例中的壓電振子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]本實施例在工作時，將裝置置于外界自然振動環(huán)境中，并借助固定基座I加以固定；環(huán)境中的振動將誘發(fā)裝置中的質(zhì)量塊4產(chǎn)生受迫振動，質(zhì)量塊4的振動將帶動兩個橫梁5上下往復(fù)擺動，進而引起質(zhì)量球6的沖擊振動，在質(zhì)量球6的沖擊振動作用下，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，即實現(xiàn)了由機械能到電能的轉(zhuǎn)換。此外，由于振動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能量收集裝置，能感知外界環(huán)境振動，并將外界環(huán)境振動轉(zhuǎn)換為裝置中質(zhì)量球6的沖擊振動，通過擴展壓電振子7的數(shù)量能有效提高裝置的發(fā)電量，且使用壽命長，增強了其實用性。
[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，均落入本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種沖擊式壓電振動能量收集裝置，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，所述兩個橫梁(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)對稱設(shè)置在對應(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能量收集裝置，其特征在于:所述每個橫梁(5)上的壓電振子(7)的數(shù)量為η個，且η≥2。
3.如權(quán)利要求1所述的一種沖擊式壓電振動能量收集裝置，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】H02N2/18GK104022686SQ201410264812
【公開日】2014年9月3日 申請日期: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 申請人:金陵科技學(xué)院