[發明專利]二維壓電能量回收裝置及方法

有效

• 申請號: 201910362591.X
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN109936308B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 徐青松;吳澤浩
• 申請（專利權）人: 珠海澳大科技研究院;澳門大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 盧澤明

本發明公開一種二維壓電能量回收裝置及方法，該裝置包括本體，本體由頂蓋和基座蓋合而成，本體內具有容納腔，容納腔內設置有能量回收機構、至少兩組滑動導向機構、至少兩組力傳導機構，至少兩組滑動導向機構固定安裝于基座的兩側，力傳導機構的一端與能量回收機構連接，力傳導機構的另一端與頂蓋連接，當頂蓋接收到二維輸入力時，能量回收機構沿滑動導向機構的軸向移動。本發明的方法應用于上述的二維壓電能量回收裝置。本發明能夠通過單個壓電陶瓷堆可以收集兩個維度內所有方向的機械力所產生的能量，同時具備轉換效率高、能量密度大、成本低、適用性廣等特點。

【技術領域】

本發明涉及壓電發電技術領域，具體的，涉及一種二維壓電能量回收裝置及應用于該裝置的二維壓電能量回收方法。

【背景技術】

近些年來，隨著微機電系統(MEMS)的發展，許多關于微機電系統的應用都在快速發展。其中，微機電系統的使用壽命通常都取決于自身能量供應裝置的工作壽命。所以，作為一種自維持能量供應裝置，微型能量回收裝置受到人們的廣泛關注。

目前，按照工作原理的區別，微型能量回收裝置可以分為四類，分別是磁電式、駐極體式、靜電式和壓電式。每種類別分別都有各自的優點和缺點。其中，壓電式微型能量回收裝置由于具有小尺寸、簡易結構和高能量密度的優點，從而得到了研究者們的高度關注。壓電式微型能量回收裝置按照所使用的壓電陶瓷的形狀可以分為壓電陶瓷片與壓電陶瓷堆，它們分別通過d31和d33壓電效應來對機械能進行回收。因為壓電陶瓷片在受到較大的力的情況下非常容易損壞，所以大多數基于壓電陶瓷片的微型能量回收裝置都是應用于回收較小的力所產生的能量。然后，由于壓電陶瓷堆具有高壓電系數和高剛度的特點，故大多數較大的力所產生的能量都是由基于壓電陶瓷堆的微型能量回收裝置來進行回收。

申請號為201410711978.9的中國發明專利公開了一種采用壓電陶瓷堆的腳踏壓電發電裝置，申請號為201710724955.5的中國發明專利公開了一種適用于道路壓電發電的堆疊式壓電換能器。然而，它們只能俘獲單一垂直方向上的機械能，其他方向的力所產生的能量被浪費了。通常，一個能量回收裝置能夠回收越多方向上的力所產生的能量就越實用，為了回收多個方向上的機械能，可以使用多個壓電陶瓷堆來實現。

例如，申請號為201310317926.9的中國發明專利公開了一種基于壓電陶瓷的能量回收系統及手持設備，其通過采用二維正交安裝的多個壓電陶瓷片來俘獲二維力產生的機械能。申請號為201620073161.8的中國實用新型專利提出了一種全方向壓電發電裝置，其通過將質量塊固定在多個壓電陶瓷塊上來實現多方向壓電振動發電。雖然采用多個壓電陶瓷裝置可以實現多方向的能量采集，然而，由于多個壓電陶瓷不能同時工作，產生的能量密度較低。

另外，現有采用單個壓電陶瓷的能量回收裝置只能俘獲單一方向上的機械能，適用性小。所以，現有多方向能量回收裝置是采用多個壓電陶瓷來實現，能量密度低。

【發明內容】

本發明的主要目的是提供一種通過單個壓電陶瓷堆回收二維方向機械能的二維壓電能量回收裝置。

本發明的另一目的是提供一種具有轉換效率高、能量密度大、成本低、適用性廣等特點的二維壓電能量回收方法。

為了實現上述的主要目的，本發明提供的二維壓電能量回收裝置包括本體，本體由頂蓋和基座蓋合而成，本體內具有容納腔，容納腔內設置有能量回收機構、至少兩組滑動導向機構、至少兩組力傳導機構，至少兩組滑動導向機構固定安裝于基座的兩側，力傳導機構的一端與能量回收機構連接，力傳導機構的另一端與頂蓋連接，當頂蓋接收到二維輸入力時，能量回收機構沿滑動導向機構的軸向移動。

進一步的方案是，能量回收機構包括壓電元件以及壓力放大器，壓電元件的兩端與壓力放大器的壓力輸出端連接。

更進一步的方案是，壓電元件為單個壓電陶瓷堆。

更進一步的方案是，壓力放大器為兩級菱形柔性壓力放大器。