[實用新型]一種基于壓電元件的半球形振動能量收集裝置

有效

• 申請號: 201821069601.8
• 申請日: 2018-07-06
• 公開（公告）號: CN208353240U
• 公開（公告）日: 2019-01-08
• 發明（設計）人: 劉世宏;成文衛
• 申請（專利權）人: 北京中微融通科技有限公司
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 北京領科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11690
• 代理人: 張丹

本實用新型公開了一種基于壓電元件的半球形振動能量收集裝置，包括：半球殼形的復合壓電元件、底座和接頭部，其中：半球殼形的復合壓電元件包括由外到內依次連接的外聚合物層、外電極層、壓電層、內電極層和內聚合物層；底座包括用于固定半球殼形的復合壓電元件的復合壓電元件定位槽和用于容納接頭部的接頭部容納腔；接頭部包括外電極體和內電極體，作為將半球殼形的復合壓電元件產生的電能輸出的電極。本實用新型的振動能量收集裝置結構形式新穎，便于模塊化生產和組裝，適于大規模應用。

技術領域

本實用新型涉及一種基于壓電元件的半球形振動能量收集裝置，屬于利用壓電效應產生電能的領域。

背景技術

伴隨著能源消費的持續增長和能源資源分布集中度的日益增大，對能源資源的爭奪將日趨激烈，爭奪的方式也更加復雜。同時，化石能源對環境的污染和全球氣候的影響將日趨嚴重。面對能源挑戰，只有調整國家能源結構，大力發展新能源與可再生能源，注重對已有能源的回收利用，才能保證我國能源供應安全，促進戰略性新興產業發展，實現能源與經濟、社會、環境的協調發展與可持續發展。在交通流量網日益壯大的今天，如何把汽車、自行車、行人等在道路交通中散失的能量收集并加以利用，已經成為能源回收利用的一個嶄新突破點，日益受到各國科學家的重視。

目前常用的收集道路能量的方法是基于壓電效應的，利用壓電材料的壓電效應將由于沖擊和振動產生的機械能通過壓電振子向電能轉化，使輸出功率能夠滿足使用要求。利用道路能量收集裝置可具有一系列優點，如能量密度高，可以直接產生合適的電壓，無需施加起始電壓，結構設計無限制，無電磁干擾等。基于這些優點，此項技術得到迅速發展。同濟大學的道路與交通工程教育部重點實驗室，研究了基于壓電效應的瀝青路面能量收集技術的可行性和換能效率，試驗驗證了壓電式路面能量收集技術方案的可行性。以色列的一家公司于2008年宣布研制出了基于壓電換能器的路面能量收集系統。

上述這些能量收集系統共同的特點在于通過設置在路面下的壓電元件，收集路面的振動，并轉化為電能利用。但是這些系統中不同程度的存在結構復雜，大規模應用受到限制等問題。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題是：針對現有技術存在的缺陷，提供一種結構新穎簡潔，便于模塊化生產和組裝，適于大規模應用的基于壓電元件的振動能量收集裝置。

本實用新型為解決上述技術問題所采用的技術方案如下：

本實用新型提供的一種基于壓電元件的半球形振動能量收集裝置，包括：半球殼形的復合壓電元件、底座和接頭部，其中：半球殼形的復合壓電元件包括由外到內依次連接的外聚合物層、外電極層、壓電層、內電極層和內聚合物層；底座包括用于固定半球殼形的復合壓電元件的復合壓電元件定位槽和用于容納接頭部的接頭部容納腔；接頭部包括外電極體和內電極體，作為將半球殼形的復合壓電元件產生的電能輸出的電極。

進一步的，壓電層包括多個間隔設置的壓電陶瓷塊和位于多個壓電陶瓷塊之間的有機高分子體。

進一步的，底座基本呈扁圓柱形，還包括：突出于底座上表面的外定位環和內定位環，其中，外定位環和內定位環同心設置，并且外定位環和內定位環之間形成用于固定半球殼形的復合壓電元件的復合壓電元件定位槽；外集電環和內集電環，其中，外集電環和內集電環同心設置，并且均暴露于位于復合壓電元件定位槽底部的定位槽底面，以使得在半球殼形的復合壓電元件安裝在底座上的狀態下，外電極層與外集電環電連接，內電極層與內集電環電連接。

進一步的，底座還包括：在接頭部容納腔附近的外集電環引出部和內集電環引出線；并且其中，外集電環引出部與外集電環電連接，并從外集電環向下延伸至接頭部容納腔的內圓周表面，以使得在接頭部安裝在底座上的狀態下，外集電環引出部與外電極體電連接；內集電環引出線與內集電環電連接，并從內集電環向下延伸至接頭部容納腔的中心軸線，之后水平延伸至接頭部容納腔的里側表面，以使得在接頭部安裝在底座上的狀態下，內集電環引出線與內電極體電連接。