[發(fā)明專(zhuān)利]一種低頻受壓模式壓電能量收集器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011448559.2
• 申請(qǐng)日: 2020-12-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112532109B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李忠杰;彭緒彰;彭艷;羅均;謝少榮;蒲華燕
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02N2/18
• 分類(lèi)號(hào): H02N2/18
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 孫玲

本發(fā)明公開(kāi)了一種低頻受壓模式壓電能量收集器，包括彈簧振子模塊與能量收集模塊。其中彈簧振子模塊包括一個(gè)不銹鋼振子、兩條導(dǎo)向軌、兩根彈簧和兩個(gè)限位塞。通過(guò)不銹鋼振子與彈簧的碰撞，將低頻振動(dòng)轉(zhuǎn)換為高頻振動(dòng)，再通過(guò)限位塞與導(dǎo)向軌將振動(dòng)信號(hào)傳導(dǎo)到能量收集模塊。能量收集模塊包括兩個(gè)菱形伸縮架結(jié)構(gòu)、一個(gè)頂部旋轉(zhuǎn)軸、一個(gè)底部旋轉(zhuǎn)軸、兩個(gè)轉(zhuǎn)接器、兩個(gè)夾持器和一個(gè)壓電板。通過(guò)設(shè)置的菱形伸縮架機(jī)構(gòu)，將振動(dòng)力放大為壓縮力，進(jìn)而通過(guò)夾持器施加在壓電板上，從而產(chǎn)生電能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及能量收集器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種低頻受壓模式壓電能量收集器。

背景技術(shù)

壓電能量收集器(PEH)是一種能夠?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的有效裝置。其采用壓電材料作為能量轉(zhuǎn)換的裝置，具有功率密度大、易于安裝的特性。此外，傳統(tǒng)能源(比如化學(xué)電池)具有許多缺點(diǎn)，比如使用壽命受限、污染環(huán)境等缺陷，其會(huì)在當(dāng)今快速發(fā)展的工業(yè)環(huán)境中被進(jìn)一步被放大。為了彌補(bǔ)這些缺點(diǎn)，從周?chē)h(huán)境中收集能量變成了人們研究的一個(gè)前沿?zé)狳c(diǎn)，在近幾十年來(lái)廣受青睞。

自然界隨處可見(jiàn)振動(dòng)能量。風(fēng)、人體運(yùn)動(dòng)、以及潮汐運(yùn)動(dòng)都是低于10赫茲的低頻振動(dòng)，其中蘊(yùn)藏有大量的振動(dòng)能量可供收集。但是，現(xiàn)階段大部分能量收集器的目標(biāo)工作區(qū)間都是數(shù)十赫茲到數(shù)百赫茲的中高頻區(qū)間，很少有研究涉及低頻振動(dòng)的能量收集。

受壓工作模式是壓電能量收集中的一種常見(jiàn)的工作模式。其工作原理利用了壓電材料(PZT)的正壓電效應(yīng)，具體過(guò)程為：通過(guò)施加與壓電材料極化方向相同的力，從而在壓電材料表面產(chǎn)生電勢(shì)差，完成機(jī)械能與電能之間轉(zhuǎn)化。受壓工作模式具有產(chǎn)生電壓高、工作時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，受到研究人員的廣泛青睞。

菱形伸縮架為四個(gè)桿件彼此鉸鏈連接而成的結(jié)構(gòu)，其能夠充分利用材料的強(qiáng)度，承受較大拉力與壓力。因此，菱形伸縮架是一種配合受壓模式下壓電能量收集的理想結(jié)構(gòu)。但是極少有研究人員設(shè)計(jì)以菱形伸縮架為基礎(chǔ)的壓電能量收集器。

由此可見(jiàn)，設(shè)計(jì)一種用于能夠以菱形伸縮架為基礎(chǔ)的、收集低頻的、受壓模式的壓電能量收集器，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種低頻受壓模式壓電能量收集器，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，能量收集裝置能夠周?chē)h(huán)境中較低頻率的能量，獲得較高的電能輸出。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

本發(fā)明提供一種低頻受壓模式壓電能量收集器，包括彈簧振子模塊和壓電能量收集模塊；所述彈簧振子模塊包括振子、彈簧、導(dǎo)桿和限位塞，所述振子上設(shè)置有導(dǎo)向孔，所述導(dǎo)向孔內(nèi)穿設(shè)所述導(dǎo)桿，所述限位塞設(shè)置于所述導(dǎo)桿的底部，所述彈簧套設(shè)于所述限位塞與所述振子之間的所述導(dǎo)桿上；所述壓電能量收集模塊包括菱形伸縮架一、菱形伸縮架二、轉(zhuǎn)換器、底部轉(zhuǎn)軸、頂部轉(zhuǎn)軸、夾持器一、夾持器二和壓電板，所述轉(zhuǎn)換器固定于所述導(dǎo)桿的頂端，所述菱形伸縮架一和所述菱形伸縮架二分別設(shè)置于所述轉(zhuǎn)換器的兩側(cè)，所述底部轉(zhuǎn)軸的軸體穿過(guò)所述轉(zhuǎn)換器，所述底部轉(zhuǎn)軸的軸體兩端分別與所述菱形伸縮架一和所述菱形伸縮架二的底部鉸接點(diǎn)鉸接連接，所述頂部轉(zhuǎn)軸的軸體兩端分別與所述菱形伸縮架一和所述菱形伸縮架二的頂部鉸接點(diǎn)鉸接連接，所述菱形伸縮架一和所述菱形伸縮架二的兩側(cè)鉸接點(diǎn)分別通過(guò)所述夾持器一和所述夾持器二連接，且所述夾持器一和所述夾持器二的兩端通過(guò)轉(zhuǎn)軸與所述菱形伸縮架一和所述菱形伸縮架二鉸接；所述夾持器一和所述夾持器二之間夾持所述壓電板。

優(yōu)選地，所述振子為不銹鋼振子。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)桿設(shè)置有兩個(gè)，相對(duì)的所述導(dǎo)向孔、所述彈簧和所述限位塞均設(shè)置有兩個(gè)。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)桿底部與所述限位塞螺紋連接。

優(yōu)選地，所述彈簧的頂部與所述振子接觸設(shè)置，所述彈簧的底端與所述限位塞接觸設(shè)置。

優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)換器設(shè)置有兩個(gè)，分別設(shè)置于兩個(gè)所述導(dǎo)桿的頂端，所述底部轉(zhuǎn)軸依次穿過(guò)兩個(gè)所述轉(zhuǎn)換器。