[發(fā)明專利]多層梁式壓電發(fā)電機及其發(fā)電方法

無效

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• 申請日: 2009-12-31
• 公開（公告）號: CN101728974A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發(fā)明（設計）人: 張鐵民;文晟;梁莉;陳柱子
• 申請（專利權）人: 華南農業(yè)大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 楊曉松

技術領域

本發(fā)明屬于發(fā)電機技術領域，特別是涉及一種壓電發(fā)電機及其發(fā)電方 法。

背景技術

壓電發(fā)電機是一種能量轉換裝置，是利用壓電陶瓷的壓電效應，將機 械振動轉換成電能，具有結構簡單、重量輕、無噪聲、工作可靠等優(yōu)點， 已應用于多個領域，特別是應用于光電子技術領域的無線網絡。目前，現(xiàn) 有的壓電發(fā)電機一般采用單個的圓環(huán)形壓電復合板來進行發(fā)電，這種結構 雖然具有易于發(fā)電、結構簡單等優(yōu)點，但由于采用單個的壓電復合板， 因此不能承載過大的交變載荷來產生電量，普遍存在著產生的電荷量小、 功率低、剛度低、承載量小和壓電轉換效率低等缺陷。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點與不足，提供一種結構簡單、 合理，電荷產生量大、功率大、剛度大、壓電轉換效率較高的多層梁式壓 電發(fā)電機。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種由上述多層梁式壓電發(fā)電機實現(xiàn)的 發(fā)電方法。

本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現(xiàn)：一種多層梁式壓電發(fā)電機，包 括若干個壓電復合板，所述壓電復合板包括壓電元件和彈性金屬體，所述 壓電元件分別連接于彈性金屬體的上下表面；壓電復合板的一端與機架固 定連接，另一端與傳力塊剛性連接，呈現(xiàn)梁狀結構；所述若干個壓電復合 板之間通過傳力塊剛性連接，并呈現(xiàn)棱柱體或長方體陣列分布。所述傳力 塊優(yōu)選具有一定剛度的彈簧。

所述彈性金屬體為矩形或梯形結構。

所述壓電元件為若干層壓電陶瓷片，其層數(shù)為偶數(shù)層。

所述壓電元件為矩形或梯形結構，且沿厚度方向極化。

所述壓電陶瓷片之間通過環(huán)氧樹脂相互貼合，且壓電陶瓷片相鄰層之 間反向粘貼；所述壓電元件分別通過環(huán)氧樹脂粘貼連接于彈性金屬體的上 下表面。

所述若干個壓電復合板沿厚度方向固定于機架上，形成壓電復合板梁 組；所述壓電復合板梁組為若干組，并均勻固定于機架上。

所述壓電復合板梁組之間以傳力塊為中心，對稱固定于兩側的機架 上，并呈現(xiàn)長方體狀陣列分布；或所述壓電復合板梁組之間以傳力塊為中 心，均勻固定于周圍的機架上，所述壓電復合板間呈現(xiàn)正棱柱體狀陣列分 布。

所述正棱柱體優(yōu)選為正三棱柱體、正四棱柱體或正六棱柱體。

所述傳力塊為若干個，所述傳力塊與傳力塊之間、傳力塊與壓電復合 板之間均通過螺栓連接。

由上述的多層梁式壓電發(fā)電機實現(xiàn)的發(fā)電方法：在傳力塊上輸入振動 信號，以使彈性金屬體發(fā)生彎曲彈性變形；彈性金屬體的彎曲彈性變形轉 換為壓電元件的壓電效應，并在壓電元件的上下表面產生電荷，形成交變 電勢；所述交變電勢通過整流濾波電路進行整流變換，并通過超低功耗數(shù) 字處理芯片進行控制輸出直流電或將直流電儲存起來，以供使用。所述超 低功耗數(shù)字處理芯片優(yōu)選MSP430超低功耗數(shù)字處理芯片，以降低發(fā)電消 耗，高效率地收集電能供給負載電路使用。

本發(fā)明的作用原理是：當有交變力載荷作用在傳力塊上時，即在壓電 復合板梁組的自由端(與傳力塊連接的一端)輸入振動信號，壓電復合板 的彈性金屬體就會發(fā)生彎曲彈性變形，彈性金屬體的彎曲變形轉換為矩形 或梯形壓電陶瓷片的沿d33方向的壓電效應，在矩形或梯形壓電陶瓷片的 上下表面產生電荷，形成電勢，從而在其兩極面產生交變電勢。壓電陶瓷 片的共同接觸區(qū)為信號輸出端，與彈性金屬體接觸區(qū)為信號輸出端的地 線。在壓電陶瓷片的兩極面引線將此交變電勢輸入到整流濾波電路進行處 理，并可通過電能回收，作為電源使用。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點和有益效果：

1、本發(fā)明采用多個壓電復合板組合構成多層梁式結構，大大提高了 其剛度性和承載量大，可承載較大的交變力載荷，從而提高了振動輸入量， 同時也大大提高了壓電轉換效率。

2、本發(fā)明的壓電復合板采用矩形或梯形結構的彈性金屬體和沿厚度 方向極化的壓電陶瓷片構成，具有體積小、產生的電荷量大等優(yōu)點。

3、本發(fā)明的發(fā)電機通過振動式發(fā)電，即通過作用在傳力塊上的交變 力載荷，使得壓電復合板發(fā)生彎曲彈性變形從而在壓電陶瓷的兩極面產生 交變電勢，可將振動能量轉換為有用的電能儲存至電容或可充電電池中， 以供用電系統(tǒng)使用，具有可靠性高、電源轉換效率高、無電磁場作用等優(yōu) 點。