[發明專利]一種振動能量回收裝置

無效

• 申請號: 201210035626.7
• 申請日: 2012-02-17
• 公開（公告）號: CN102594201A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 胡俊輝;陳松茂
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

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所屬技術領域

本發明涉及一種振動能量回收裝置，屬于振動能量回收技術領域。

背景技術

振動幾乎無處不在，而振動能是一種可再生的清潔能源。以前振動能很少被應用，今天，隨著電子設備功耗的不斷降低，將振動能量轉化為有用的電能的振動能量收集技術具有較大的應用價值。目前，利用振動進行發電的振動能量收集裝置，即振動發電機，主要采用三種機理：電磁感應、壓電效應和靜電效應。其中，利用壓電效應的壓電發電機研究最為廣泛，而這當中研究最多的又是在固定端施加激振、梁上粘接壓電片的懸臂梁式壓電發電機，但是這種形式的發電機的發電功率有限，尚不能滿足實際應用需求。

發明內容

為了進一步克服傳統的懸臂梁式壓電發電機的發電功率的不足,?本發明提供了一種采用應力集中效應進行振動能量回收的振動發電機及其結構形式。

一種振動能量回收裝置，由壓電發電部件、端部帶有撞擊塊的懸臂梁組成；其中壓電發電部件包括分別對稱位于所述懸臂梁上下兩側的共兩個框架結構，貼于框架結構上的壓電片組成；其中框架結構的一端為固定端與懸臂梁的一端固定在一起，另一端為自由端；其特征在于：上述框架結構具有應變和應力集中部位，所述的壓電片貼于該應變和應力集中部位。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：從結構上看，端部帶撞擊塊的懸臂梁部件和框架結構式壓電發電部件兩部分組裝起來以后，就形成了內沖擊型振動發電機。將該發電機固定在振源上，當振源振動時，發電機中部的懸臂梁部件相對框架結構運動，其端部的撞擊塊撞擊上下部框架結構而在框架結構中產生振動。在框架結構振動過程中，粘貼在應力集中位置的壓電片也隨之產生應變，并通過正壓電效應在壓電陶瓷片的正負極表面產生極性相反的相應的電荷。本發明利用其框架結構的拐角特征或變截面特征在受沖擊變形時產生應力和應變集中原理，進一步提高發能量回收的效率；結構簡單、易于實現。

附圖說明

圖1是本發明的原理框圖；

圖2是本發明的第一種結構的縱剖面構造圖及其實施例：拐角特征；

圖3是本發明的第二種結構的第一種形式的縱剖面構造圖及其實施例：通用式變截面特征；

圖4是本發明的第二種結構的第二種形式的縱剖面構造圖及其實施例：內凹式變截面特征；

圖中1.懸臂梁，2.撞擊塊，3.墊塊，4.等截面框架結構，5.壓電片，6.?內凹式變截面框架結構，7.?通用式變截面框架結構，8.導線。

具體實施方式

在圖2所示實施例中，懸臂梁1的一端粘貼有撞擊塊2，另一端與墊塊3及等截面框架結構4通過螺釘組合起來安裝在振源上。將壓電片5安裝在等截面框架結構4的拐角處。振源振動時，懸臂梁1相對等截面框架結構4振動。在該振動過程中，撞擊塊2撞擊到等截面框架結構4，引起等截面框架結構4的振動，在其拐角處將產生應力集中，并發生相對框架結構其它位置的最大應變。壓電片5隨之也產生應變，由于正壓電效應，將在其表面產生極性相反的電荷。將其兩個表面分別用導線8連接到負載中，可對負載進行供電并可測量其發電功率。發電機本體為不銹鋼，所用的單個壓電片型號為P-51、尺寸為10mm×5mm×1mm。理論分析結果表明，在1g、11Hz的振動作用下，單個壓電片的應變是傳統的懸臂梁式壓電發電機的單個壓電片應變的4倍，發電功率提高近16倍，可達0.3?mW。

在圖3所示實施例中，等截面框架結構4換成了內凹式變截面框架結構6。振源振動時，懸臂梁1相對內凹式變截面框架結構6振動。在該振動過程中，撞擊塊2撞擊到內凹式變截面框架結構6，引起內凹式變截面框架結構6的振動，在其內凹處將產生應力集中，并發生相對框架結構其它位置的最大應變。與此同時，壓電片5受到拉伸和擠壓雙重作用，壓電片5隨之產生應變。由于正壓電效應，將在其表面產生極性相反的電荷。將其兩個表面分別用導線8連接到負載中，可對負載進行供電并可測量其發電功率。發電機本體為不銹鋼，所用的單個壓電片型號為P-51、尺寸為10mm×5mm×1mm。理論分析結果表明，在1g、11Hz的振動作用下，單個壓電片的應變是傳統的懸臂梁式壓電發電機的單個壓電片應變的5倍，發電功率提高近25倍，可達0.5?mW。

在圖4所示實施例中，等截面框架結構4換成了通用式變截面框架結構7。將壓電片粘貼在變截面結構的背面。振源振動時，懸臂梁1相對通用式變截面框架結構7振動。在該振動過程中，撞擊塊2撞擊到通用式變截面框架結構7，引起通用式變截面框架結構7的振動，在其變截面處將產生應力集中，并發生相對框架結構其它位置的最大應變，壓電片5隨之也產生應變。由于正壓電效應，將在其表面產生極性相反的電荷。將其兩個表面分別用導線8連接到負載中，可對負載進行供電并可測量其發電功率。發電機本體為不銹鋼，所用的單個壓電片型號為P-51、尺寸為10mm×5mm×1mm。理論分析結果表明，在1g、11Hz的振動作用下，單個壓電片的應變是傳統的懸臂梁式壓電發電機的單個壓電片應變的3倍，發電功率提高近9倍，可達0.2?mW。