[發明專利]能量收集器

有效

• 申請號: 201810804138.5
• 申請日: 2018-07-20
• 公開（公告）號: CN108964520B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 王敏;胡錕
• 申請（專利權）人: 南方科技大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張潤

本發明公開了一種能量收集器，包括懸臂梁、多個壓電塊、第一電極以及第二電極。懸臂梁包括用于固定設置的固定端和與固定端相反的自由端。壓電塊從固定端到自由端的方向上依次設置。壓電塊的極化方向與固定端到自由端的方向基本相同。在沿固定端到自由端的方向上，壓電塊的長度逐塊增加。每個壓電塊包括靠近固定端的第一極和靠近自由端的第二極。第一電極和第二電極設置在懸臂梁上。第一電極與多個第一極連接，第二電極與多個第二極連接。在懸臂梁振動過程中，懸臂梁自固定端到自由端方向上的不同截面應力強度逐漸減小。因此，通過逐塊增加壓電塊的長度，能夠縮小不同壓電塊兩端產生的電勢差的差異，從而改善甚至消除壓電塊產生自充放電損耗。

技術領域

本發明涉及能量收集技術，尤其涉及一種能量收集器。

背景技術

能量收集器包括懸臂梁和設置在懸臂梁上的多個壓電塊，通過懸臂梁的自由端來接收環境中的振動能量(例如風能)產生振動進而使得壓電塊產生壓電效應，再通過壓電塊兩端的電極將壓電塊在震動過程中產生的電能進行收集和利用。然而，壓電塊的設置不合理可能導致懸臂梁上不同位置的壓電塊的兩端產生的電勢差存在很大的差異，當把壓電塊并聯充電存儲時，不同壓電塊之間會可能會出現自充放電現象，造成內部損耗，降低能量收集器的能效。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種能量收集器。

本發明實施方式的能量收集器包括懸臂梁、多個壓電塊、第一電極以及第二電極。所述懸臂梁包括用于固定設置的固定端和與所述固定端相反的自由端。多個所述壓電塊從所述固定端到所述自由端的方向上依次設置。所述壓電塊的極化方向與所述固定端到所述自由端的方向基本相同。在沿所述固定端到所述自由端的方向上，所述壓電塊的長度逐塊增加。每個所述壓電塊包括靠近固定端的第一極和靠近所述自由端的第二極。所述第一電極和所述第二電極設置在所述懸臂梁上。所述第一電極與多個所述第一極連接，所述第二電極與多個所述第二極連接。

本發明實施方式的能量收集器工作時，所述自由端可以感受環境中的振動能量發生振動，使得多個所述壓電塊產生壓電效應輸出工作電壓。一般的，壓電效應產生的電勢差與所述壓電塊的內部應力和所述壓電塊兩端電極之間的距離成正比。由于在所述懸臂梁振動過程中，所述懸臂梁自所述固定端到所述自由端方向上的不同截面應力強度逐漸減小。因此，通過沿所述固定端到所述自由端的方向逐塊增加所述壓電塊的長度，能夠縮小不同所述壓電塊兩端產生的電勢差的差異，甚至使得不同所述壓電塊兩端產生的電勢差相同，從而改善甚至消除所述壓電塊產生自充放電損耗，提高能效。

在某些實施方式中，所述懸臂梁包括基底層和設置在所述基底層上的絕緣層，所述第一電極和所述第二電極均設置在所述絕緣層上。

在某些實施方式中，所述能量收集器包括固定支座，所述固定端固定于所述固定支座上，所述固定支座與所述固定端一體成型。

在某些實施方式中，所述固定支座呈矩形塊狀，所述固定支座的寬度與所述基底層的寬度基本相同，所述固定支座的側面與所述基底層的側面基本垂直連接，所述固定支座的頂面與所述基底層的底面基本平齊。

在某些實施方式中，所述能量收集器包括質量塊，所述自由端固定于所述質量塊上，所述質量塊與所述自由端一體成型。

在某些實施方式中，所述質量塊呈矩形塊狀，所述質量塊的寬度與所述基底層的寬度基本相同，所述質量塊的側面與所述基底層的側面基本垂直連接，所述固定支座的頂面與所述基底層的底面基本平齊。

在某些實施方式中，所述懸臂梁基本呈矩形片狀，并包括矩形頂面，所述壓電塊基本呈矩形塊狀，所述壓電塊的極化方向與所述固定端到所述自由端的方向基本相同。

在某些實施方式中，相鄰的所述第一電極與所述第二電極間隔設置，相鄰的所述第一電極與所述第二電極之間的間隔距離相同。