[發明專利]一種壓電俘能單元

無效

• 申請號: 201210422791.8
• 申請日: 2012-10-30
• 公開（公告）號: CN102938622A
• 公開（公告）日: 2013-02-20
• 發明（設計）人: 孫春華;尚廣慶;杜建紅;汪紅兵;張永康;李志榮;陶亦亦;張義平
• 申請（專利權）人: 蘇州市職業大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;H02J15/00
• 代理公司: 蘇州銘浩知識產權代理事務所(普通合伙) 32246
• 代理人: 張一鳴

技術領域

本專利屬于環境能量俘獲技術領域，尤其涉及一種用于道路振動能量俘獲的壓電俘能器件。??

背景技術

近年來，隨著全球氣候變暖的加劇和石油、煤炭、天然氣等不可再生資源的緊缺，尋求可再生、可持續的綠色能源成為人類文明可持續發展的重要挑戰。

利用壓電材料的壓電效應，從環境中俘獲能量的裝置稱之為壓電俘能器。與靜電式、電磁式將振動機械能轉化為電能相比，壓電俘能器具有俘能效率高、能量密度大、工作可靠、適應性強、無污染、成本低等突出優點，成為從環境機械能獲取電能的一種行之有效的好方法，受到了廣泛的重視。

利用壓電效應將路面振動能量轉換成電能，并通過存儲器進行電能的儲存，所獲得的電能可用作現有電力系統能量的一個補充，或者將所俘獲的電能作為電源直接使用。

目前，國內關于路面振動能量俘獲方面的研究很少，還沒有形成一種適宜于該場合的、自主研發的壓電俘能器。在其他方面的應用研究，雖有較多的文獻資料，但還沒有成熟的壓電俘能器件供選擇使用，也是處于一種探索階段。如用于從網絡節點微振動中俘獲能量以實現微電子產品無線自供能的壓電俘能器，多為懸臂梁單晶片或雙晶片結構。這種利用慣性自由振動的結構，簡單易行，可產生最大的撓曲和柔順系數，提供較低的諧振頻率，具有較長的振動持續時間，可充分吸收環境振動能。但可承受的應力較小，因此不適宜于路面振動特性的能量俘獲。利用人體運動能開發的壓電俘能系統所采用的壓電俘能器，為施加了一定預應力的Rainbow結構。通過施加預應力，這種彎曲如彩虹結構的壓電俘能器可綜合利用d33?和d31?模態，產生較大的應變，獲得較高的轉換能量。但該種結構在連接處會產生很大的應力，同樣不太適宜俘獲像路面這種大應力的振動能。

以上兩種類型結構的壓電俘能器，有一個共同點，就是都是采用在金屬基體的兩面貼上陶瓷薄膜構成壓電振子的。這種壓電振子注定不能承受大應力，從而使其應用受到了很大的局限。

近年來，對Cymbal結構的壓電俘能器的研究引起了廣泛的重視。這種中間為壓電陶瓷片，而上下兩面為具有Cymbal結構金屬板的壓電俘能器，可以將施加在軸向的應力，轉換并放大成切向和徑向的應力，使得壓電陶瓷的d33和d31壓電常數都對復合結構的等效壓電常數deff作出貢獻，可提供較其他類型俘能器高得多的等效壓電常數deff，較適用于低頻率、大應力的環境能的俘獲。但該結構是否適宜于路面振動能量的俘獲還有待進一步的研究。

另外，受壓電陶瓷制備技術的局限，所制備的壓電陶瓷片尺寸較小。因此，利用壓電陶瓷片制作的壓電俘能器尺寸都較小，使其使用受到了一定的限制。

在行車荷載作用下，無論是瀝青混凝土路面還是水泥路面，內部將產生橫向和縱向的振動。這種路面振動是一種低頻率、大應力的振動，是一種分布較廣但易于采集的的環境能，是一種類似太陽能、熱能、風能等環境能的綠色能源。俘獲路面振動能量，即通稱的公路發電，將為人類提供一條可利用的、取之不盡用之不竭的綠色能源新途徑。但由于該能量分布較廣,?若要俘獲，需要開發一種新型的、易于大面積鋪設、且與路面具有良好耦合性的壓電俘能器件。

發明內容

本發明目的是為了克服現有技術的不足而提供一種壓電俘能單元，能夠簡化壓電俘能器件的批量生產，易于在路面鋪設，而且適宜于低頻率大應力振動環境能的大面積俘獲，拓展了壓電俘能器的使用范圍。??

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種壓電俘能單元，該壓電俘能單元包括：壓電俘能裝置、整流電路及變換電路和存儲器，所述壓電俘能單元作為電源直接供使用。

優選的，所述壓電俘能裝置包括進行陣列排放多個壓電俘能振子，所述壓電俘能振子中間填充絕緣膠，多個中間填充絕緣膠的壓電俘能振子的上、下端由基底材料覆蓋構成。

優選的，所述壓電俘能振子上安裝有壓電陶瓷片，所述壓電陶瓷片的上、下端用粘結劑黏有金屬基片，并在金屬基片上焊接有導電電線。

優選的，所述壓電俘能裝置的陣列形式可以是矩形、圓形及其他任意形式的陣列。

優選的，所述壓電俘能裝置上、下端覆蓋的基底材料可以是金屬，也可以是非金屬類。

優選的，所述壓電振子可以是圓形、方形、圓環等形狀。

優選的，所述壓電俘能振子間并聯連接后，與整流電路及變換電路串聯連接，并輸送到存儲器或作為電源直接供使用。

由于上述技術方案的運用，本發明與現有技術相比具有下列優點：