專利名稱：一種基于壓電效應(yīng)的能量回收裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于壓電效應(yīng)的能量回收裝置。
背景技術(shù)：
某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷；當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變；當(dāng)外力去掉后，它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)?，F(xiàn)實(shí)中一些晶體就存在這種壓電效應(yīng)，這類晶體在收到擠壓或拉伸的時(shí)候，兩端就會(huì)產(chǎn)生種類不同的電荷。具有這種性質(zhì)的晶體被稱為壓電晶體，例如水晶(a-石英)就 是一種較常見的壓電晶體。由此不難想見，利用壓電晶體的上述性質(zhì)，能夠在一些應(yīng)用場(chǎng)景下，利用較為簡(jiǎn)便的手段將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，以便實(shí)現(xiàn)某些特別的用途。并且當(dāng)前階段，能源問題一直是世界各國(guó)廣泛關(guān)注的一項(xiàng)重大問題。如果能夠利用壓電晶體實(shí)現(xiàn)將某些多余的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能回收利用，必將具有非常重要的實(shí)際意義。比如將汽車或其他機(jī)械設(shè)備的震動(dòng)利用壓電晶體“收集”起來，將震動(dòng)帶來的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能重新利用?，F(xiàn)階段所研究的壓電發(fā)電裝置大多屬于人力發(fā)電機(jī)。其中較成熟的一種應(yīng)用為“壓電發(fā)電鞋”。這種發(fā)電裝置的發(fā)電功率可滿足野外軍事行動(dòng)中通信聯(lián)絡(luò)和無線電跟蹤電子裝置的使用需求。壓電發(fā)電鞋的原理就是把發(fā)電裝置植入鞋底，通過走路時(shí)腳對(duì)鞋底的沖擊使壓電陶瓷變形而產(chǎn)生電流。該壓電鞋在標(biāo)準(zhǔn)體重和標(biāo)準(zhǔn)步幅下能夠產(chǎn)生250mW的能量。但是這種發(fā)電鞋實(shí)際上僅僅是一種人力發(fā)電的裝置，同樣的現(xiàn)階段對(duì)于壓電晶體的利用大多數(shù)也局限于類似人力發(fā)電的思路。由于人的重力或力量有限，踩踏發(fā)電鞋的頻率也較低，所以類似的人力發(fā)電裝置只能產(chǎn)生很少的電能，且輸出不穩(wěn)定，不便作為穩(wěn)定電源來使用。而且此類人力發(fā)電裝置并沒有實(shí)現(xiàn)有效的利用某些多余的機(jī)械能，達(dá)到能量回收使用的目的。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于壓電效應(yīng)的能量回收裝置，所述裝置利用發(fā)動(dòng)機(jī)懸置所傳遞的震動(dòng)帶來的機(jī)械能來產(chǎn)生大量穩(wěn)定的電能。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明有如下技術(shù)方案一種基于壓電效應(yīng)的能量回收裝置，所述裝置包括固定模塊，用于將壓電模塊固定在懸置裝置上；壓電模塊，用于將懸置裝置傳遞的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能；穩(wěn)壓整流模塊，用于將壓電模塊生成的電能進(jìn)行穩(wěn)壓整流處理。所述壓電模塊包括壓電元件，具體為壓電元件，用于承受懸置裝置所傳遞的震動(dòng)機(jī)械能，并根據(jù)壓電效應(yīng)將震動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。所述壓電元件呈環(huán)形。所述壓電模塊還包括保護(hù)罩，用于覆蓋并保護(hù)壓電元件。所述保護(hù)罩呈圓錐形，內(nèi)部設(shè)有空腔，空腔與所述壓電元件的形狀尺寸相匹配，壓電元件放置在空腔中；保護(hù)罩還設(shè)有一個(gè)使得所述空腔與外界連通的通孔。所述穩(wěn)壓整流模塊通過所述通孔與壓電元件連接。所述穩(wěn)壓整流模塊包括穩(wěn)壓整流電路，用于對(duì)電能進(jìn)行穩(wěn)壓處理并生成持續(xù)的穩(wěn)壓電流。 所述穩(wěn)壓電路包括變壓器、第一二極管、第二二極管、第三二極管、第一電容、第二電容和直流-直流變換器，具體為第一二極管的陰極連接第一電容的第一端，第一電容的第二端連接第二電容的第一端，第二電容的第二端連接第二二極管的陽極，第二二極管的陰極連接第一二極管的陽極，第三二極管的陰極連接第一二極管的陰極，第三二極管的陽極連接第二二極管的陽極，第三二極管的陰極和陽極同時(shí)連接直流-直流變換器；變壓器一側(cè)的一端連接第一二極管的陽極，另一端連接第一電容的第二端；變壓器另一側(cè)連接壓電模塊。所述直流-直流變換器連接電瓶，利用經(jīng)過穩(wěn)壓電路后的穩(wěn)壓電流為電瓶充電。通過以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明存在的有益效果是，利用所述固定模塊將壓電模塊固定在懸置裝置上，使得壓電模塊承受懸置裝置上由于震動(dòng)帶來的機(jī)械能并產(chǎn)生電能，在利用穩(wěn)壓模塊將該電能轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定持續(xù)的電流提供；所述能量回收裝置產(chǎn)生的電能充足而且持久穩(wěn)定，能夠作為常規(guī)的電源進(jìn)行使用；并且所述裝置將多余的機(jī)械能重新轉(zhuǎn)化為可被利用的電能，實(shí)現(xiàn)了能量回收、節(jié)約能源的作用。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發(fā)明實(shí)施例中所述能量回收裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例中所述壓電模塊與穩(wěn)壓整流模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例中所述穩(wěn)壓整流電路的電路圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明所公開的技術(shù)方案的主要思路是利用壓電晶體的壓電效應(yīng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。所述裝置被固定在懸置裝置上。所述懸置裝置為減少并控制震動(dòng)的傳遞，同時(shí)起到支撐作用的裝置；一般來說懸置裝置都是發(fā)動(dòng)機(jī)的附屬裝置，也就是用于支撐發(fā)動(dòng)機(jī)，并對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的震動(dòng)起到緩沖作用。固定在懸著裝置上的所述能量回收裝置就可以承受懸置裝置所傳遞的震動(dòng)帶來的機(jī)械能，以此產(chǎn)生電能。參照?qǐng)DI所示為本發(fā)明所述能量回收裝置的具體實(shí)施例。本實(shí)施例中，所述裝置包括固定模塊01，用于將壓電模塊固定在懸置裝置上；壓電模塊02，用于將懸置裝置傳遞的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能；穩(wěn)壓整流模塊03，用于將壓電模塊生成的電能進(jìn)行穩(wěn)壓整流處理。本實(shí)施例為本發(fā)明所述能量回收裝置的基礎(chǔ)實(shí)施例。本實(shí)施例中固定在懸置裝置上的壓電模塊02收集懸置裝置傳遞震動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能并生成電能，再通過穩(wěn)壓模塊03進(jìn)行處理，最終產(chǎn)生能夠被利用的穩(wěn)定持續(xù)的電能。由于懸置裝置傳遞的震動(dòng)是隨著其所附屬發(fā)動(dòng)機(jī)或其他裝置的運(yùn)行而持續(xù)的，并且相對(duì)于傳統(tǒng)的人力壓電發(fā)電來說，這種震動(dòng)頻 率更高，所帶來的機(jī)械能更加充沛，所述能量回收裝置接收到的能量也就更加穩(wěn)定充足；可見本實(shí)施例的有益效果是，利用壓電效應(yīng)產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的電能，并且實(shí)現(xiàn)了將震動(dòng)帶來的多余機(jī)械能回收利用。以下為本發(fā)明所述能量回收裝置的另一個(gè)具體實(shí)施例，本實(shí)施例中對(duì)于所述壓電模塊和穩(wěn)壓整流模塊的物理形狀和結(jié)構(gòu)給出了更加具體的描述，參照?qǐng)D2所示為本實(shí)施例中所述壓電模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例中，所述壓電模塊包括壓電元件，用于承受懸置裝置所傳遞的震動(dòng)機(jī)械能，并根據(jù)壓電效應(yīng)將震動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能；壓電元件為壓電模塊中的核心部分，所述壓電元件由具有壓電效應(yīng)的材料構(gòu)成，一般可選用壓電晶體、壓電陶瓷或其他類似材料；本實(shí)施例中壓電元件制成圓環(huán)結(jié)構(gòu)；實(shí)際應(yīng)用中，在不影響整體方案的情況下也可以根據(jù)需要將壓電元件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成其他的形式。保護(hù)罩，用于覆蓋并保護(hù)壓電元件；本實(shí)施例中所述壓電模塊被固定在發(fā)動(dòng)機(jī)懸置裝置上，針對(duì)不同類型的發(fā)動(dòng)機(jī)，相應(yīng)的懸置裝置結(jié)構(gòu)與其傳遞震動(dòng)的頻率或振幅都存在差異。為了能夠匹配不同功率發(fā)動(dòng)機(jī)的懸置裝置，本實(shí)施例中為所述壓電元件配置了保護(hù)罩。通過所述保護(hù)罩能夠在一定程度上調(diào)節(jié)壓電元件所承受的震動(dòng)帶來的壓力或拉力，又避免了對(duì)壓電元件的直接沖擊造成損傷，使得壓電元件的受力不超過最大承載力，壓電元件所產(chǎn)生的變形也不超過最大變形；并且通過設(shè)計(jì)保護(hù)罩的形狀，使得壓電模塊能夠合理的安裝在懸置裝置上；即是說明安裝空間以及能量密度的合理選取都是利用保護(hù)罩來實(shí)現(xiàn)的。圖2中給出了本實(shí)施例中保護(hù)罩的具體情況。本實(shí)施例中所述保護(hù)罩呈圓錐形，由上下兩部分組成，上下兩部分之間設(shè)有一個(gè)空腔，空腔與壓電元件的形狀尺寸向匹配，壓電元件放入空腔之后保護(hù)罩的上下兩部分扣合。保護(hù)罩之上還設(shè)有一個(gè)通孔使得所述空腔與外界連通。壓電模塊中的整流單元通過所述通孔與壓電元件相連接。穩(wěn)壓整流模塊，用于將壓電模塊生成的電能進(jìn)行穩(wěn)壓整流處理；在震動(dòng)過程中，壓電元件交替收到壓力與拉力的作用，而在受壓或受拉的過程中其兩端產(chǎn)生的電荷正負(fù)相反，也就是說本實(shí)施例中壓電元件產(chǎn)生的電能實(shí)質(zhì)上屬于交流電。所以必須利用所述穩(wěn)壓整流模塊，對(duì)壓電元件產(chǎn)生的電能進(jìn)行穩(wěn)壓整流處理，將經(jīng)過穩(wěn)壓整流的電能輸送出去。所述穩(wěn)壓整流處理就是將交流電轉(zhuǎn)換成直流。本實(shí)施例中，穩(wěn)壓整流模塊的外部物理形狀參照?qǐng)D2所示，包括大小兩部分立方體，其中小立方體從保護(hù)罩的通孔插入，與壓電元件相連接。需要說明的是，本實(shí)施例中同樣包括固定模塊，本實(shí)施例中所述固定模塊的功能結(jié)構(gòu)與圖I所示實(shí)施例一致，在本實(shí)施例中不作重復(fù)敘述。以下為本發(fā)明所述裝置的又一個(gè)具體實(shí)施例。本實(shí)施例在圖2所示實(shí)施例的基礎(chǔ)之上，對(duì)于所述穩(wěn)壓整流模塊做出了具體的描述。本實(shí)施例中所述穩(wěn)壓整流模塊主要包括穩(wěn)壓整流電路，穩(wěn)壓整流電路用于對(duì)壓電 模塊產(chǎn)生的電能進(jìn)行穩(wěn)壓整流處理，生成持續(xù)的穩(wěn)壓直流電。本實(shí)施例中利用該穩(wěn)壓直流電對(duì)汽車電瓶進(jìn)行充電。壓電元件的每次受壓或受拉過程中，生成的電能很少，但電壓較大，不能被大部分電路直接應(yīng)用。因此必須對(duì)壓電模塊生成的電能進(jìn)行積累和交直流轉(zhuǎn)換，才能夠真正利用這一部分能量達(dá)到為汽車電瓶充電。所以如果想要將壓電模塊產(chǎn)生的電能高效的傳輸給外部設(shè)備，穩(wěn)壓整流電路就是所述裝置中不可缺少的一部分。參照?qǐng)D3所示為本實(shí)施例中所述穩(wěn)壓整流電路的電路圖。具體機(jī)構(gòu)如下所述穩(wěn)壓電路包括變壓器T、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第一電容C1、第二電容C2和直流-直流變換器DC/DC ;第一二極管D1的陰極連接第一電容C1的第一端，第一電容C1的第二端連接第二電容(2的第一端，第二電容C2的第二端連接第二二極管仏的陽極，第二二極管D2的陰極連接第一二極管D1的陽極，第三二極管D3的陰極連接第一二極管D1的陰極，第三二極管D3的陽極連接第二二極管D2的陽極，第三二極管D3的陰極和陽極同時(shí)連接直流-直流變換器DC/DC ;變壓器T 一側(cè)的一端連接第一二極管D1的陽極，另一端連接第一電容C1的第二端；變壓器T另一側(cè)連接壓電模塊。本實(shí)施例中直流-直流變換器DC/DC還連接汽車電瓶，提供經(jīng)過穩(wěn)壓處理的電能為汽車電瓶充電。本實(shí)施例中所述穩(wěn)壓整流電路的目的是將壓電模塊產(chǎn)生的不穩(wěn)定的電能轉(zhuǎn)化為車載電源可接受的恒壓直流電其中第一二極管D1、第二二極管D2、第一電容Cl、第二電容C2聯(lián)合作用，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，第三二極管D3做為穩(wěn)壓二極管，其作用是穩(wěn)定第一電容Cl和第二電容C2的并聯(lián)電壓，防止過高電壓損壞DC/DC轉(zhuǎn)換器。本質(zhì)上來說，以上穩(wěn)壓整流電路在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)十分成熟，并非本發(fā)明的核心發(fā)明點(diǎn)，所以其具體的原理和工作方式在此不作贅述。還需要說明的是，在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)情況采用其他的電路結(jié)構(gòu)對(duì)電能進(jìn)行穩(wěn)壓整流處理，能夠起到相同或類似的作用電路結(jié)構(gòu)均可以置于本發(fā)明的整體技術(shù)方案之下。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于壓電效應(yīng)的能量回收裝置，其特征在于，所述裝置包括 固定模塊，用于將壓電模塊固定在懸置裝置上； 壓電模塊，用于將懸置裝置傳遞的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能； 穩(wěn)壓整流模塊，用于將壓電模塊生成的電能進(jìn)行穩(wěn)壓整流處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述裝置，其特征在于，所述壓電模塊包括壓電元件，具體為 壓電元件，用于承受懸置裝置所傳遞的震動(dòng)機(jī)械能，井根據(jù)壓電效應(yīng)將震動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述裝置，其特征在于所述壓電元件呈環(huán)形。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述裝置，其特征在于，所述壓電模塊還包括 保護(hù)罩，用于覆蓋并保護(hù)壓電元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述裝置，其特征在干 所述保護(hù)罩呈圓錐形，內(nèi)部設(shè)有空腔，空腔與所述壓電元件的形狀尺寸相匹配，壓電元件放置在空腔中；保護(hù)罩還設(shè)有ー個(gè)使得所述空腔與外界連通的通孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述裝置，其特征在于 所述穩(wěn)壓整流模塊通過所述通孔與壓電元件連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述裝置，其特征在干 所述穩(wěn)壓整流模塊包括穩(wěn)壓整流電路，用于對(duì)電能進(jìn)行穩(wěn)壓處理并生成持續(xù)的穩(wěn)壓電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述裝置，其特征在于，所述穩(wěn)壓電路包括變壓器、第一ニ極管、第ニニ極管、第三ニ極管、第一電容、第二電容和直流-直流變換器，具體為 第一ニ極管的陰極連接第一電容的第一端，第一電容的第二端連接第二電容的第一端，第二電容的第二端連接第二ニ極管的陽極，第二ニ極管的陰極連接第一ニ極管的陽極，第三ニ極管的陰極連接第一ニ極管的陰極，第三ニ極管的陽極連接第二ニ極管的陽極，第三ニ極管的陰極和陽極同時(shí)連接直流-直流變換器；變壓器ー側(cè)的一端連接第一ニ極管的陽極，另一端連接第一電容的第二端；變壓器另ー側(cè)連接壓電模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述裝置，其特征在于 所述直流-直流變換器連接電瓶，利用經(jīng)過穩(wěn)壓電路后的穩(wěn)壓電流為電瓶充電。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例提供一種基于壓電效應(yīng)的能量回收裝置，所述裝置包括固定模塊，用于將壓電模塊固定在懸置裝置上；壓電模塊，用于將懸置裝置傳遞的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能；穩(wěn)壓整流模塊，用于將壓電模塊生成的電能進(jìn)行穩(wěn)壓整流處理。
文檔編號(hào)H02N2/18GK102769328SQ20121025887
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月24日
發(fā)明者李樂生, 杜志良, 黃曙朦, 黎程 申請(qǐng)人:濰柴動(dòng)力股份有限公司