[發明專利]雙穩態壓電能量回收裝置

在審

• 申請號: 201711002238.8
• 申請日: 2017-10-24
• 公開（公告）號: CN107623463A
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 馬天兵;吳曉東;杜菲;鄒莉君;陳南南
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 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

1.一種雙穩態壓電能量回收裝置，該裝置結構包括：至少一個圓弧形懸臂梁、至少一個壓電驅動器、至少一個壓電元件、至少一個基座、至少一個彈簧、懸臂梁、固定端、壓電能量收集電路；其特征在于：將所設計的圓弧形壓電懸臂梁一端連接在懸臂梁上，另一端固定，通過彈簧將懸臂梁與基座連接在一起，并在懸臂梁的上下和左右面上安裝壓電驅動器，構成壓電能量回收的雙穩態結構；在雙穩態壓電能量回收裝置中，圓弧形壓電懸臂梁上下表面粘貼有壓電元件，構成壓電雙晶結構，具體由壓電元件、金屬層、壓電元件組成的三明治結構，其中金屬層位于中間，金屬層為輕金屬鋁或鋁合金；壓電元件在金屬層兩側，由兩面涂鍍的電極組成，將其與壓電能量回收電路連接，組成雙穩態壓電能量回收裝置。

2.根據權利要求1所述的雙穩態壓電能量回收裝置，其特征是，所述的懸臂梁由金屬層上、下表面粘貼的若干壓電元件構成，壓電元件上下表面粘貼的數量相等。

3.根據權利要求1所述的雙穩態壓電能量回收裝置，其特征是，所述的壓電元件由壓電材料的兩面涂鍍的電極構成。

4.根據權利要求1所述的雙穩態壓電能量回收裝置，其特征是，所述的壓電材料是壓電單晶或壓電陶瓷或高分子壓電聚合物或壓電纖維聚合物。

5.根據權利要求1所述的雙穩態壓電能量回收裝置，其特征是，所述的金屬元件是鋁或鋁合金。

6.雙穩態壓電能量回收裝置，其裝置結構能量收集步驟如下：

第1步:設計本裝置的結構，首先利用圓弧形懸臂梁具有應變均勻分布的特點，設計出圓弧形懸臂梁結構，將其一端固定，另一端固定在懸臂梁上，懸臂梁通過彈簧支撐，彈簧固定在基座上，接著，在設計的圓弧形懸臂梁上粘貼多個壓電元件，由于正壓電效應，在受到力的作用時，在其表面會產生電荷；

第2步：在第一步的基礎之上，將在壓電元件表面產生的電荷，通過壓電能量收集電路進行收集，在設計電路時將收集的電路首先通過整流電路進行整流，再連接DC-DC電路，并將得到的電能進行儲存或應用；

第3步：判斷收集電壓的大小，當振動能量收集電壓小于在這一穩態結構附近收集的電壓時，其會將信號反饋給壓電驅動器，驅動壓電驅動器工作，壓電驅動器即會調節壓電懸臂梁的收集狀態，將圓弧形壓電懸臂梁工作在另一穩態結構，接著重復第2步工作；

第4步：本發明裝置的能量收集將依次重復上述步驟：第1步，第2步和第3步，對振動能量進行收集。

7.根據權利要求6所述的雙穩態壓電能量回收裝置，在裝置的結構中，其特征在于：在第1步中利用圓弧形懸臂梁具有應變變形均勻分布的特點，設計出合適的圓弧形懸臂梁結構。

8.根據權利要求6所述的雙穩態壓電能量回收裝置，在裝置的結構中，能量收集是利用壓電驅動器驅動懸臂梁，改變弧形懸臂梁的狀態，實現對環境中的能量收集在兩種穩態之間相互切換。