專利名稱：一種柱狀多方向壓電發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及能源技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種柱狀多方向壓電發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
可攜帶電子器件和無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)在過(guò)去幾十年得到了快速的發(fā)展，尤其在人體健康檢測(cè)系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)、軍事安全應(yīng)用系統(tǒng)和野外動(dòng)物跟蹤器件等方面得到了廣泛的應(yīng)用。通常，這些器件依靠傳統(tǒng)的電化學(xué)電池提供能量。隨著復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)集成技術(shù)的高速發(fā)展，微電子器件在尺寸和能耗方面大大減小，然而這些器件的電源由于體積較大，成為其發(fā)展的瓶頸之一。而電池相對(duì)于微電子器件而言體積龐大、壽命短、化學(xué)毒性污染嚴(yán)重，而且需要定期更換，這給處于遠(yuǎn)距離需要長(zhǎng)時(shí)間提供能量的無(wú)線傳感器帶來(lái)了很多的不便和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)；尤其對(duì)于嵌入在衣服、人體和動(dòng)物體內(nèi)的電子系統(tǒng)，更換電池是相當(dāng)困難甚至是不可能的事情。因此，為了獲得長(zhǎng)期甚至無(wú)限生命周期的自主供電系統(tǒng)，各國(guó)研究者研究從周圍環(huán)境中收集能量以便給電子器件供電，目的是取代傳統(tǒng)電池為MEMS和低功耗的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)供電。把周圍環(huán)境存在的能量(包括熱能、風(fēng)能、聲能、水能、太陽(yáng)能、電磁波、光、機(jī)械振動(dòng)能和人類活動(dòng)能等)的一種或者多種收集起來(lái)轉(zhuǎn)換成電能，然后直接給電子器件供電或者存儲(chǔ)在電容器、超級(jí)電容器或可充電的電池等儲(chǔ)能器件中，這個(gè)過(guò)程即為能量收集。 從各種能量源中收集能量的方法有電磁式、靜電式和壓電式等三類。與其他的發(fā)電原理相比，壓電發(fā)電具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不發(fā)熱、無(wú)電磁干擾、無(wú)污染和易于實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的微小化、集成化等諸多優(yōu)點(diǎn)，且能滿足此類低耗能產(chǎn)品的供能需求。目前壓電發(fā)電裝置普遍存在發(fā)電效率低的問(wèn)題，主要表現(xiàn)產(chǎn)生的電壓低、電量小。懸臂梁壓電振子具有振動(dòng)頻率低、能量轉(zhuǎn)化效率高和易于集成化等優(yōu)點(diǎn)，因此目前備受關(guān)注。但是，單懸臂梁壓電振子發(fā)電能力比較低，電量太小，另外環(huán)境中的振動(dòng)源振動(dòng)頻率往往不穩(wěn)定，單懸臂梁對(duì)振動(dòng)頻率變化很敏感，不易實(shí)現(xiàn)與環(huán)境振動(dòng)源振動(dòng)頻率的良好匹配，不能充分吸收環(huán)境中的振動(dòng)能。另外，環(huán)境中的振動(dòng)能量往往是無(wú)規(guī)則的多方向傳遞，單懸臂梁只能對(duì)某一方向上的振動(dòng)能量比較敏感，而不能全方位收集環(huán)境振動(dòng)能量，這將導(dǎo)致壓電發(fā)電裝置的能量轉(zhuǎn)化效率低下。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型主要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種柱狀多方向壓電發(fā)電裝置，其由多個(gè)懸臂梁壓電振子組成，各壓電振子沿柱狀固定座軸向和徑向均勻分布，能夠高效收集各個(gè)方向傳輸?shù)沫h(huán)境振動(dòng)能量，發(fā)電效率高。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的一個(gè)技術(shù)方案是:提供一種柱狀多方向壓電發(fā)電裝置，該柱狀多方向壓電發(fā)電裝置包括多個(gè)懸臂梁壓電振子的一端均固定于圓柱底座上，所述懸臂梁壓電振子以圓柱底座的圓心為中心成環(huán)行陣列分布，同時(shí)多個(gè)懸臂梁壓電振子沿圓柱底座軸向依次上下交錯(cuò)分布，所述各個(gè)懸臂梁壓電振子大小均不同；優(yōu)選的是，所述懸臂梁壓電振子包括金屬基體、壓電陶瓷片和方形質(zhì)量塊依次疊放粘貼在一起；優(yōu)選的是，所述圓柱底座包括三個(gè)圓盤狀底座單體在一定壓力下粘貼在一起。本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型一種柱狀多方向壓電發(fā)電裝置，其由多個(gè)懸臂梁壓電振子組成，各壓電振子沿柱狀固定座軸向和徑向均勻分布，能夠高效收集各個(gè)方向傳輸?shù)沫h(huán)境振動(dòng)能量，發(fā)電效率高。

圖1是本實(shí)用新型一種柱狀多方向壓電發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型一種柱狀多方向壓電發(fā)電裝置的俯視圖；圖3是本實(shí)用新型一種柱狀多方向壓電發(fā)電裝置的壓電振子細(xì)節(jié)放大圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本實(shí)用新型的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。請(qǐng)參閱圖1至圖3，本實(shí)用新型實(shí)施例包括:一種柱狀多方向壓電發(fā)電裝置，該柱狀多方向壓電發(fā)電裝置包括多個(gè)懸臂梁壓電振子2的一端均固定于圓柱底座I上，所述懸臂梁壓電振子2以圓柱底座I的圓心為中心成環(huán)行陣列分布，同時(shí)多個(gè)懸臂梁壓電振子2沿圓柱底座I軸向依次上下交錯(cuò)分布，所述各個(gè)懸臂梁壓電振子2大小均不同；所述懸臂梁壓電振子2包括金屬基體21、壓電陶瓷片22和方形質(zhì)量塊23依次疊放粘貼在一起；所述圓柱底座I包括三個(gè)圓盤狀底座單體11在一定壓力下粘貼在一起。—種柱狀多方向壓電發(fā)電裝置的工作原理:壓電材料具有正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。當(dāng)壓電材料受到外力產(chǎn)生變形時(shí)，會(huì)引起材料內(nèi)部正負(fù)電荷中心發(fā)生相對(duì)位移而產(chǎn)生電的極化，從而導(dǎo)致材料兩個(gè)表面上出現(xiàn)符號(hào)相反的束縛電荷，這種性質(zhì)為正壓電效應(yīng)。當(dāng)在壓電材料兩表面施加電場(chǎng)時(shí)，壓電材料得內(nèi)部正負(fù)電荷中心發(fā)生相對(duì)位移，導(dǎo)致材料變形，這稱為逆壓電效應(yīng)。壓電發(fā)電裝置就是通過(guò)壓電材料的正壓電效應(yīng)將環(huán)境中的振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。為提高該裝置的發(fā)電效率，要求壓電振子工作在諧振狀態(tài)下，也就是當(dāng)環(huán)境振動(dòng)源的振動(dòng)頻率等于壓電振子的固有頻率時(shí)，壓電振子產(chǎn)生共振，壓電陶瓷片內(nèi)的應(yīng)力和應(yīng)變將達(dá)到最大，從而使輸出的能力達(dá)到最大。而周圍環(huán)境振動(dòng)能量的頻率是不斷變化的，這樣具有特定固有頻率的壓電振子很難與環(huán)境能量產(chǎn)生諧振。為了實(shí)現(xiàn)壓電振子與環(huán)境振動(dòng)頻率的良好匹配，將各個(gè)壓電振子設(shè)計(jì)成不同大小，每個(gè)壓電振子具有不同的固有頻率，這樣可以與在一定范圍內(nèi)變化的環(huán)境振動(dòng)能量相匹配，從而提高整個(gè)裝置的發(fā)電效率。本實(shí)用新型一種柱狀多方向壓電發(fā)電裝置，其由多個(gè)懸臂梁壓電振子組成，各壓電振子沿柱狀固定座軸向和徑向均勻分布，能夠高效收集各個(gè)方向傳輸?shù)沫h(huán)境振動(dòng)能量，發(fā)電效率高。以上所述僅為本實(shí)用新型的實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說(shuō)明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包`括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種柱狀多方向壓電發(fā)電裝置，其特征在于:該柱狀多方向壓電發(fā)電裝置包括多個(gè)懸臂梁壓電振子的一端均固定于圓柱底座上，所述懸臂梁壓電振子以圓柱底座的圓心為中心成環(huán)行陣列分布，同時(shí)多個(gè)懸臂梁壓電振子沿圓柱底座軸向依次上下交錯(cuò)分布，所述各個(gè)懸臂梁壓電振子大小均不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柱狀多方向壓電發(fā)電裝置，其特征在于:所述懸臂梁壓電振子包括金屬基體、壓電陶瓷片和方形質(zhì)量塊依次疊放粘貼在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種柱狀多方向壓電發(fā)電裝置，其特征在于:所述圓柱底座包括三個(gè)圓盤狀底座單體在一定`壓力下粘貼在一起。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種柱狀多方向壓電發(fā)電裝置，該柱狀多方向壓電發(fā)電裝置包括了多個(gè)懸臂梁壓電振子，其一端均固定于圓柱底座上，所述懸臂梁壓電振子以圓柱底座的圓心為中心成環(huán)行陣列分布，同時(shí)多個(gè)懸臂梁壓電振子沿圓柱底座軸向依次上下交錯(cuò)分布，所述各個(gè)懸臂梁壓電振子大小均不同。通過(guò)上述方式，本實(shí)用新型是由多個(gè)懸臂梁壓電振子組成，各壓電振子沿柱狀固定座軸向和徑向均勻分布，能夠高效收集各個(gè)方向傳輸?shù)沫h(huán)境振動(dòng)能量，發(fā)電效率高。
文檔編號(hào)H02N2/18GK203151398SQ20132010559
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月8日
發(fā)明者汪紅兵, 孫春華, 李志榮, 李振興 申請(qǐng)人:蘇州市職業(yè)大學(xué)