[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

技術領域：

本發明涉及一種雙穩態壓電能量回收裝置，特別是一種雙穩態壓電能量回收裝置對周圍環境振動能量進行回收，屬于可再生能源發電技術領域。

背景技術：

振動能量回收是將周圍環境中的振動能量轉化為可被利用的電能，廣泛的應用于MEMS等微功耗系統中，隨著無線傳感網絡技術的發展，其在環境監測、建筑、軍事、汽車等領域都得到了廣泛的運用。但能量供給方式仍以化學電池為主要方式，但由于化學電池存在需要定期更換，體積大，回收困難且污染環境等問題，而壓電能量回收裝置具有結構簡單、不發熱、無電磁干擾、易于加工制作、實現結構的微型化、集成化等特點，因此壓電能量回收已成為研究熱點。

現有技術中，壓電能量回收多采用懸臂梁式壓電能量回收裝置。但懸臂梁式壓電能量回收裝置應變分布不均勻，一般只在機械應變最大的根部粘貼壓電片進行能量回收，由于其它位置應變較小，一般都不能得到有效的利用，并在進行振動能量收集時，只能夠在單一穩態下對振動能量進行回收。所以在本發明中采用的是一種雙穩態壓電能量回收裝置，采用的圓弧形懸臂梁應變分布均勻，并有兩個穩態對周圍環境振動能量進行收集，提高了能量收集效率。

發明內容：

本發明的目的是提供一種結構簡單，性能穩定，具有雙穩態壓電能量回收裝置，實現對寬頻范圍內環境中的振動能量進行收集。雙穩態壓電能量回收裝置的方法是利用等強度懸臂梁產生均勻應變并利用壓電驅動器切換兩種穩態結構，以提高對周圍環境振動能量回收的效率。

為達到本發明的目的，本發明采用的技術方案如下：

實現本發明的目的技術解決方案為,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。

在雙穩態壓電能量回收裝置中，將周圍環境中的振動能轉化為電能，通過圓弧形懸臂梁受到外界振動的作用在其表面產生應變，由于正壓電效應，將機械振動能轉化為電能，當收集的能量偏離在固有頻率附近收集的能量時，即可以驅動安裝在懸臂梁表面的壓電驅動器，在壓電驅動器的作用下，它將會從當前穩態結構跳躍到另一種穩態結構進行壓電能量收集，通過在壓電驅動器外載荷的作用下可以在兩種穩態結構間相互跳變，其結構將大大提高能量收集效率。

本發明與現有技術比較，具有以下顯著優點：(1)本發明采用的圓弧形懸臂梁，其圓弧形壓電材料具有應變分布均勻的特點，能夠更有效的利用壓電材料產生的應變，其結構簡單，能量轉換效率高，。(2)本發明采用壓電驅動器，驅動安裝在懸臂梁上下和左右面的壓電驅動器，可以改變懸臂梁的狀態，讓其在兩種穩態的環境中來回變換工作。(3)本發明所設計的結構可將周圍環境中的機械振動能轉化為電能，為其它微電子器件供電。

附圖說明：

圖1是本發明一種雙穩態壓電能量回收裝置；

圖2是本發明在圓弧形懸臂梁上粘貼壓電片；

圖3是本發明在懸臂梁上安裝壓電驅動器。

圖中：1弧形懸臂梁、2懸臂梁、3壓電驅動器、4壓電元件、5固定端、6基座、7彈簧、8壓電能量收集電路

具體實施方式：

下面結合附圖和具體實施方式對本發明做進一步的詳細說明。

一種雙穩態壓電能量回收裝置，該裝置結構包括：弧形懸臂梁1、懸臂梁2、壓電驅動器3、壓電元件4、固定端5、基座6、彈簧7、壓電能量收集電路8。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。