[發明專利]旋轉式壓電發電裝置

無效

• 申請號: 201210152653.2
• 申請日: 2012-05-07
• 公開（公告）號: CN102647112A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 關新春;黃永虎;李惠;歐進萍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及能量收集裝置，具體涉及一種旋轉式壓電發電裝置。

背景技術

由于地球化石能源的過度使用，導致能源短缺、氣候變遷及溫室效應等眾多問題，因此各國開始尋找無污染可替代能源，如太陽能、水力、地熱、風能、潮汐能、海洋溫差及機械振動能。因振動能不受天氣因素的影響，不受季節影響，在生活環境中非常普遍，且采用適當汲取裝置即可轉換成電能形式，它已成為新的能量收集研究熱點。振動能量收集主要有電磁式、靜電式和壓電式三種形式。相比于前兩種轉換裝置，壓電式發電裝置具有能量密度高、結構簡單、質量輕、動作反應快、體積小、噪聲低、不發熱、無電磁干擾、無污染、對環境干擾的敏感度低、便于與主體結構進行連接、不需要固定磁場或靜電場、易于加工制作和實現機構的微小化、集成化等優點。

隨著各式便攜式電子產品的需求與日俱增及無線傳感等微器件的不斷發展，微電子領域的學者對壓電集能裝置率先開展了一系列研究和應用。由于微電子領域，能量需求小，且空間比較小，故在該領域，學者主要采用31模式發電裝置，能量密度更高的33模式壓電堆發電裝置因其脆性不易變形研究很少。高頻振動尤其是共振頻率下，基于31模式壓電發電裝置的發電性能的研究比較多，而對周遭環境中更為普遍的低頻振動能量收集研究太少，如機械振動，路面激勵，土木結構中的振動能量。

鑒于機械振動、路面激勵、土木結構中的地震或風振等振動能量較大，研究壓電疊堆在低頻振動時的發電特性會更有實際意義。但這些振動多為低頻振動，實際環境中的振動頻率一般幾赫茲至幾十赫茲，能量密度高的33模式壓電堆發電裝置補償其低頻劣勢，且結構設計調整可以提高結構上的加載頻率，提高能量轉換效率。

發明內容

本發明是為了解決現有的基于低頻振動下，壓電能量收集裝置轉換效率低的問題，提出一種高效率的旋轉式壓電發電裝置。

本發明所采用的技術如下：

一種旋轉式壓電發電裝置，包括多個葉片1、軸2、多個壓電諧振器4和圓形外殼3，多個葉片1、軸2、多個壓電諧振器4安裝在圓形外殼3內部，其特征在于：多個葉片1沿軸2的圓周與軸2剛性連接為一體，多個壓電諧振器4沿外殼3的內壁圓周與圓形外殼3內壁剛性連接為一體，軸2與外殼3為同軸心；在葉片1與圓形外殼3產生相對運動過程中，葉片1對壓電諧振器4產生脈沖式激勵，在壓電諧振器4的被沖擊和衰減振動中產生電能。

本發明還具有如下特征：

1、所述的壓電諧振器4包括壓頭5、外圍套筒6、質量塊7、壓電堆8、彈簧9和電纜10，壓頭5位于外圍套筒6頂端，且與外圍套筒6頂端孔壁無摩擦接觸，壓頭5下端穿過外圍套筒6頂部與外圍套筒6內部的質量塊7連接，質量塊7與壓電堆8連接，彈簧9的一端固定于壓電堆8的底端，彈簧10的另外一端固定于外圍套筒6的底端；壓電堆8上下端面與電纜10的兩個端子分別電氣連接，其連接處通過環氧樹脂進行絕緣保護；電纜10的兩個端子通過外圍套筒6的側壁的伸出筒外，與外接電路電氣連接。

2、多個葉片1沿軸2的圓周與軸2剛性連接為一體，每個葉片1之間的夾角相同，每個壓電諧振器4之間的夾角與每個葉片1之間的夾角相同，在發電過程中，每個葉片1都有相應壓電諧振器4進行對應碰撞。

3、多個葉片1沿軸2的圓周與軸2剛性連接為一體，每個葉片1之間的夾角相同，每個壓電諧振器4之間的夾角不相同，在發電過程中，不是所有的葉片1與壓電諧振器4進行碰撞。

本發明通過旋轉葉片將激勵以脈沖式沖擊荷載施加于諧振器，可以得到高初始瞬間功率，能量收集效率高。在每個諧振器激勵后的衰減振動中，振動頻率為自振頻率，比原外來激勵頻率增大數倍；通過多個旋轉葉片間次激勵的方式，使得諧振器上的激勵頻率比原外來激勵頻率又可增大數倍，由此，壓電諧振器的激勵頻率得到很大提高，能量收集效率也得到很大提高。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖2為壓電諧振器的結構示意圖。

圖3為壓電效應原理示意圖。

圖4為壓電堆構成示意圖。

圖5為1/4總數的壓電諧振器可以與葉片同時碰撞。

圖6為1/2總數的壓電諧振器可以與葉片同時碰撞。

具體實施方式

實施例1：