[發明專利]一種加筋結構的仿生優化壓電能量收集裝置

在審

• 申請號: 201710832761.7
• 申請日: 2017-09-15
• 公開（公告）號: CN107623462A
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 王威遠;和修明;王曉波
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 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

本發明涉及一種適用于風致振動的壓電能量收集裝置，尤其涉及一種加筋結構的仿生優化壓電能量收集裝置，屬于新能源轉化收集領域。

背景技術

隨著人類科學技術水平的提高，可穿戴設備變得越來越普遍，應用在相當多的領域，但是如何為可穿戴設備進行供能成為需要解決的一個難題。可穿戴設備在連續工作的時候，由于工況的原因總會導致電池難以充電，電能耗盡影響設備工作的問題，尋找可穿戴設備長時間工作時連續供能的新方法成為了一個新興的熱門問題。

所以利用風能來收集能量成為了一個熱點的選擇，風能具有獲取方便、環保無污染而且儲量巨大等一系列優點。除了傳統的目前比較成熟的風力發電技術，采用風致振動能量收集裝置進行儲能也逐漸成為一種可行的選擇。

目前，為了更有效的收集風能，國內外的研究人員進行的大量的相關研究。例如，專利CN106382191A提出了一種壓電能量收集裝置，利用預壓彈簧、彎曲梁和懸臂梁的配合，利用臨界屈曲狀態下的彎曲梁在風致載荷的條件下產生較大響應，帶動懸臂梁產生振動的方法收集電能。

但是，目前國內外的已有研究成果都存在著一些問題，例如結構復雜、體積過大、低風速下能量收集效率低等缺點，并不適宜使用在可穿戴設備上。如何將能量收集裝置輕量化、結構簡單化，同時還保證在日常生活中，即低風速條件下能量收集裝置的收集效率成為了目前需要迫切解決的一個難題。

發明內容

本發明的目的是為了提供一種加筋結構的仿生優化壓電能量收集裝置。

本發明的目的是這樣實現的：包括懸臂梁、通過鉸鏈設置在懸臂梁長邊上的加筋薄片，所述加筋薄片是等腰三角形薄片，加筋薄片通過導線與儲能元件連接。

本發明還包括這樣一些結構特征：

1.所述加筋薄片是指在等腰三角形薄片的底邊中點與頂點之間、底邊中點與兩腰中點之間分別設置有加強筋，三條加強筋構成葉片主脈結構。

2.加筋薄片的材料是PVDF聚偏氟乙烯壓電薄膜，所述加強筋材料為PE塑料，懸臂梁材料為PZT壓電陶瓷材料。

3.加筋薄片的底邊與懸臂梁的長邊平行設置。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明采用的結構具有輕質、簡單、廉價并且具有較強的剛度；能夠應用在多種環境；安裝、維護簡單等一系列優點。采用的整體結構既保證了整個結構的剛度和穩定性，又能保證機構能夠較易的進行顫振，從而收集能量。在薄片上采用加筋結構可以增強PVDF薄片的剛度，提升薄片的基頻頻率及低階頻率，進而提高能量收集的效率。本發明為新能源收集在實際生活中的應用，解決了一般能量收集裝置無法為可穿戴設備工作、且大部分能量收集裝置能量收集效率偏低的問題。

附圖說明

圖1顯示為本發明加筋結構的壓電能量收集裝置的結構示意圖。

圖2顯示為本發明加筋結構的壓電能量收集裝置的一種實施方式示意圖。

圖中：1加筋薄片；2懸臂梁；3輕質鉸鏈。

具體實施方式

下面結合附圖與具體實施方式對本發明作進一步詳細描述。

請參閱圖1與圖2。須知，本說明書所附圖示所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解及閱讀，并非用以限定本發明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關系的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容所能涵蓋的范圍內。并且，本發明中的結構其相對關系的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施的范疇。

本發明第一方面提供一種適用于低風速條件的，采用經過改進的懸臂梁結構來收集電能的能量收集裝置。包括懸臂梁2以及三角形結構的柔軟的加筋薄片1，懸臂梁2與薄片1之間采用連接件相連，連接件優選為輕質鉸鏈3。所述懸臂梁2根據工況不同在所需平面上固定其一側長邊；所述加筋薄片1呈等腰三角形，通過輕質鉸鏈3同懸臂梁2另一側長邊連接，加筋薄片1的底邊同懸臂梁2的長邊相平行。加筋薄片1通過導線與儲能元件連接，加筋薄片1與導線接頭采用導電膠粘合。

三角形結構薄片選用彈性模量較低的均勻材料制作，該薄片的形狀為底為8cm，高為8cm的等腰三角形。材料為PVDF聚偏氟乙烯壓電薄膜，薄片的厚度以該薄膜的厚度為準，一般為100μm。