一種提高雙穩(wěn)態(tài)懸臂梁壓電發(fā)電裝置發(fā)電能力的方法
【專利摘要】一種提高雙穩(wěn)態(tài)懸臂梁壓電發(fā)電裝置發(fā)電能力的方法，第一壓電層和基層末端分離，分離長(zhǎng)度為第一壓電層總長(zhǎng)度的1/3，第二壓電層和基層末端分離，分離長(zhǎng)度為第二壓電層總長(zhǎng)度的1/3；所述壓電懸臂梁末端粘貼有一個(gè)質(zhì)量塊，質(zhì)量塊遠(yuǎn)離懸臂梁固定端一側(cè)粘貼有第一永久磁鐵，和第一永久磁鐵相對(duì)放置的是第二永久磁鐵，第一永久磁鐵和第二永久磁鐵相互排斥放置；所述在第一壓電層和第二壓電層的兩側(cè)分別鋪設(shè)電極，引線從電極處引出。通過(guò)壓電層和基層的部分分離，可以使得壓電振子在振動(dòng)過(guò)程中壓電層和基層之間有相互的影響，使得隨著外激勵(lì)頻率的增加，能夠出現(xiàn)多個(gè)電壓峰值，無(wú)論是電壓還是有效頻寬都有明顯的增大。
【專利說(shuō)明】一種提高雙穩(wěn)態(tài)懸臂梁壓電發(fā)電裝置發(fā)電能力的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種提高雙穩(wěn)態(tài)懸臂梁壓電發(fā)電裝置發(fā)電能力的方法，可有效提高利用周圍環(huán)境的振動(dòng)機(jī)械能進(jìn)行發(fā)電的能力，屬于節(jié)能技術(shù)及再生環(huán)保新能源領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]微電子技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了壓電能源采集器的發(fā)展，隨著壓電能源采集器研究和應(yīng)用越來(lái)越普遍，其大電壓、高功率方面的追求也越來(lái)越強(qiáng)烈，尤其是大面積發(fā)電，對(duì)發(fā)電量的要求更為嚴(yán)格，比如，在公路地表下層鋪設(shè)壓電層，通過(guò)車輛的碾壓發(fā)電?；蛟诔械牡匕逑旅驿佋O(shè)壓電層，通過(guò)行人的踩踏振動(dòng)發(fā)電。因此如何提高發(fā)電量是個(gè)關(guān)鍵性的問(wèn)題。
[0003]中國(guó)專利CN102064745A公開(kāi)了一種雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁振子裝置，在一定程度上提高了寬帶低頻振動(dòng)環(huán)境下壓電振動(dòng)的發(fā)電效率。中國(guó)專利CN102790547A公開(kāi)了一種雙穩(wěn)態(tài)雙懸臂梁壓電發(fā)電裝置，該發(fā)明在一個(gè)裝置內(nèi)同時(shí)布置了兩個(gè)對(duì)稱的雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂振子，有效的提高了發(fā)電量。美國(guó)專利W02010151738A3公開(kāi)了一種雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁發(fā)電裝置，與線性發(fā)電結(jié)構(gòu)相比，輸出電壓和輸出功率都有顯著提高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)目前壓電懸臂梁發(fā)電裝置單位時(shí)間內(nèi)發(fā)電量小的問(wèn)題，提供一種提高雙穩(wěn)態(tài)懸臂梁壓電發(fā)電裝置發(fā)電能力的方法，通過(guò)改進(jìn)懸臂梁的結(jié)構(gòu)，使之具有更寬的工作頻率帶，更高的發(fā)電電壓，同時(shí)提高單位時(shí)間的發(fā)電量。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種提高雙穩(wěn)態(tài)懸臂梁壓電發(fā)電裝置發(fā)電能力的方法，其中，雙穩(wěn)態(tài)懸臂梁壓電發(fā)電裝置包括第一保護(hù)層、第二保護(hù)層、基層、第一壓電層、第二壓電層、引線、電極、質(zhì)量塊、第一永久磁鐵、第二永久磁鐵；其實(shí)現(xiàn)方法包括如下，所述第一保護(hù)層和第一壓電層緊緊粘貼在一起，第一壓電層和基層末端分離，分離長(zhǎng)度為第一壓電層總長(zhǎng)度的1/3，第二保護(hù)層和第二壓電層緊緊粘貼在一起，第二壓電層和基層末端分離，分離長(zhǎng)度為第二壓電層總長(zhǎng)度的1/3 ;所述壓電懸臂梁末端粘貼有一個(gè)質(zhì)量塊，質(zhì)量塊遠(yuǎn)離懸臂梁固定端一側(cè)粘貼有第一永久磁鐵，和第一永久磁鐵相對(duì)放置的是第二永久磁鐵，第一永久磁鐵和第二永久磁鐵相互排斥放置；所述在第一壓電層和第二壓電層的兩側(cè)分別鋪設(shè)電極，引線從電極處引出。
[0006]第一壓電層、第二壓電層和基層之間用石蠟絕緣處理，第一永久磁鐵和第二永久磁鐵面對(duì)齊放置，引線從電極處引出，電極采用絲印銀漿或銅漿。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下
[0008]通過(guò)壓電層和基層的部分分離，可以使得壓電振子在振動(dòng)過(guò)程中壓電層和基層之間有相互的影響，使得隨著外激勵(lì)頻率的增加，能夠出現(xiàn)多個(gè)電壓峰值，無(wú)論是電壓還是有效頻寬都有明顯的增大。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本發(fā)明中雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂振子結(jié)構(gòu)的主視圖；
[0010]圖2是同一個(gè)雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂振子結(jié)構(gòu)中第一、第二永久磁鐵間排斥力作用示意圖；
[0011]圖3是本發(fā)明中第一壓電層和基層分離的壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)不同分離長(zhǎng)度以及未分離結(jié)構(gòu)的電壓頻率響應(yīng)曲線。
[0012]圖4是本發(fā)明中第一壓電層和基層分離的壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)和第二壓電層和基層分離的壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)的電壓頻率響應(yīng)曲線。
[0013]圖中:1、第一保護(hù)層；2、引線；3、第一壓電層；4、質(zhì)量塊；5、第一永久磁鐵；6、第二永久磁鐵；7、基層；8、第二保護(hù)層；9、第二壓電層；10、電極；
[0014]11、第一壓電層3和基層7分離長(zhǎng)度23mm的壓電頻率響應(yīng)曲線；
[0015]12、第一壓電層和基層分離長(zhǎng)度23_的電壓頻率響應(yīng)曲線；
[0016]13、由壓電層和基層未分離的壓電振子結(jié)構(gòu)的電壓頻率響應(yīng)曲線；
[0017]14、第一壓電層和基層分離長(zhǎng)度23mm并且第二壓電層和基層分離長(zhǎng)度23mm的電壓頻率響應(yīng)曲線。
[0018]15、第一壓電層和基層分離長(zhǎng)度23mm以及第二壓電層和基層分離長(zhǎng)度23mm并且上側(cè)的質(zhì)量塊減小為0.2g下側(cè)也粘貼0.2g質(zhì)量塊的電壓頻率響應(yīng)曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。
[0020]如圖1-2所示，一種提高雙穩(wěn)態(tài)懸臂梁壓電發(fā)電裝置發(fā)電能力的方法，其中，雙穩(wěn)態(tài)懸臂梁壓電發(fā)電裝置包括第一保護(hù)層1、第二保護(hù)層8、基層7、第一壓電層3、第二壓電層9、引線2、電極10、質(zhì)量塊4、第一永久磁鐵5、第二永久磁鐵6 ;其實(shí)現(xiàn)方法包括如下,所述第一保護(hù)層I和第一壓電層3緊緊粘貼在一起，第一壓電層3和基層7末端分離，分離長(zhǎng)度為第一壓電層3總長(zhǎng)度的1/3，第二保護(hù)層8和第二壓電層9緊緊粘貼在一起，第二壓電層9和基層7末端分離，分離長(zhǎng)度為第二壓電層9總長(zhǎng)度的1/3 ;所述壓電懸臂梁末端粘貼有一個(gè)質(zhì)量塊4,質(zhì)量塊4遠(yuǎn)離懸臂梁固定端一側(cè)粘貼有第一永久磁鐵5,和第一永久磁鐵5相對(duì)放置的是第二永久磁鐵6，第一永久磁鐵5和第二永久磁鐵6相互排斥放置；所述在第一壓電層3和第二壓電層9的兩側(cè)分別鋪設(shè)電極10，引線2從電極10處引出。
[0021]第一壓電層3、第二壓電層9和基層7之間用石蠟絕緣處理，第一永久磁鐵5和第二永久磁鐵6面對(duì)齊放置，引線2從電極10處引出，電極10采用絲印銀漿或銅漿。
[0022]所述第一永久磁鐵5和第二永久磁鐵6選用矩形釹鐵硼永久磁鐵。
[0023]圖3和圖4分別是不同結(jié)構(gòu)的電壓頻率響應(yīng)曲線，第一壓電層3和基層7分離長(zhǎng)度23mm的電壓頻率響應(yīng)曲線12和第一壓電層3和基層7分離長(zhǎng)度23mm的壓電頻率響應(yīng)曲線11的發(fā)電效果相差不大，分離長(zhǎng)度23_的壓電振子的發(fā)電能力稍微好一點(diǎn)，由壓電層和基層7未分離的壓電振子結(jié)構(gòu)的電壓頻率響應(yīng)曲線13可以看出，第一壓電層3和基層7分離的壓電振子結(jié)構(gòu)在發(fā)電能力上會(huì)有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。第一壓電層3和基層7分離長(zhǎng)度23mm并且第二壓電層9和基層7分離長(zhǎng)度23mm的電壓頻率響應(yīng)曲線14相對(duì)于第一壓電層3和基層7分離長(zhǎng)度23_的電壓頻率響應(yīng)曲線12的發(fā)電量有所提高。
[0024]本發(fā)明一種提高雙穩(wěn)態(tài)懸臂梁壓電發(fā)電裝置發(fā)電能力的方法，其中，該方法所涉及到的壓電振子結(jié)構(gòu)所提到的第一永久磁鐵和第二永久磁鐵的大小及磁鐵的間距可根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整。
【權(quán)利要求】
1.一種提高雙穩(wěn)態(tài)懸臂梁壓電發(fā)電裝置發(fā)電能力的方法，其特征在于:雙穩(wěn)態(tài)懸臂梁壓電發(fā)電裝置包括第一保護(hù)層(I)、第二保護(hù)層(8)、基層(7)、第一壓電層(3)、第二壓電層(9)、引線(2)、電極(10)、質(zhì)量塊(4)、第一永久磁鐵(5)、第二永久磁鐵(6);其實(shí)現(xiàn)方法包括如下，所述第一保護(hù)層(I)和第一壓電層(3)緊緊粘貼在一起，第一壓電層(3)和基層(7)末端分離，分離長(zhǎng)度為第一壓電層(3)總長(zhǎng)度的1/3，第二保護(hù)層(8)和第二壓電層(9)緊緊粘貼在一起，第二壓電層(9)和基層(7)末端分離，分離長(zhǎng)度為第二壓電層(9)總長(zhǎng)度的1/3 ;所述壓電懸臂梁末端粘貼有一個(gè)質(zhì)量塊(4)，質(zhì)量塊(4)遠(yuǎn)離懸臂梁固定端一側(cè)粘貼有第一永久磁鐵(5)，和第一永久磁鐵(5)相對(duì)放置的是第二永久磁鐵￠)，第一永久磁鐵(5)和第二永久磁鐵(6)相互排斥放置；所述在第一壓電層(3)和第二壓電層(9)的兩側(cè)分別鋪設(shè)電極(10)，引線(2)從電極(10)處引出； 第一壓電層(3)、第二壓電層(9)和基層(7)之間用石蠟絕緣處理，第一永久磁鐵(5)和第二永久磁鐵(6)面對(duì)齊放置，引線(2)從電極(10)處引出，電極(10)采用絲印銀漿或銅漿。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高雙穩(wěn)態(tài)懸臂梁壓電發(fā)電裝置發(fā)電能力的方法，其特征在于:所述第一永久磁鐵(5)和第二永久磁鐵(6)選用矩形釹鐵硼永久磁鐵。
【文檔編號(hào)】H02N2/18GK104253563SQ201410492259
【公開(kāi)日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】李印波, 姚明輝, 張偉 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)