本發(fā)明涉及一種壓電獵能裝置，特別涉及一種具有多個弧形壓電元件的壓電獵能裝置。

背景技術(shù)：

獵能器為搜集周遭環(huán)境的能量并將其轉(zhuǎn)為電能，供與其連接的電子設(shè)備使用的裝置，比如太陽能板就是一種將光能轉(zhuǎn)為電能的獵能器。就目前獵能科技的發(fā)展來說，獵能器產(chǎn)生的電力還無法供給耗電大的電子設(shè)備使用，但目前隨著科技的蓬勃發(fā)展以及環(huán)保議題逐漸被重視，獵能器的發(fā)展面向與潛在技術(shù)仍有許多值得深入研究與開發(fā)的部分。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種具有多個弧形壓電元件的壓電獵能裝置。

為達成上述的目的，本發(fā)明的壓電獵能裝置包括盒體、多個第一弧形金屬支架以及多個弧形壓電元件。盒體包括上蓋、連接基座、緩沖件以及下蓋，連接基座位于上蓋與下蓋之間，上蓋藉由緩沖件與下蓋可移動地連接。多個第一弧形金屬支架位于盒體內(nèi)，且設(shè)置于連接基座的一面。各弧形壓電元件設(shè)置于各第一弧形金屬支架上。當一外力施予盒體時，上蓋壓迫多個第一弧形金屬支架形變，使多個弧形壓電元件形變而產(chǎn)生一電力。

本發(fā)明的壓電獵能裝置將弧形壓電元件設(shè)置于弧形金屬支架上，當弧形金屬支架受力變形帶動弧形壓電元件一并變形，利用壓電效應將機械能轉(zhuǎn)為電能。根據(jù)本發(fā)的一具體實施例，本發(fā)明的壓電獵能裝置可設(shè)置于鞋跟，藉由每次步行使用者足部對鞋跟產(chǎn)生的壓迫讓壓電獵能裝置產(chǎn)生電力。

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定。

附圖說明

圖1本發(fā)明的壓電獵能裝置的第一實施例的示意圖；

圖2a本發(fā)明的壓電獵能裝置的第一實施例的剖視圖；

圖2b本發(fā)明的壓電獵能裝置的第一實施例受外力壓迫的剖視圖；

圖2c本發(fā)明的弧形壓電元件30的示意圖；

圖3本發(fā)明的壓電獵能裝置的第二實施例的示意圖；

圖4a本發(fā)明的壓電獵能裝置的第二實施例的剖視圖；

圖4b本發(fā)明的壓電獵能裝置的第二實施例受外力壓迫的剖視圖；

圖5本發(fā)明的壓電獵能裝置的第二實施例的使用狀態(tài)示意圖。

其中，附圖標記

壓電獵能裝置1、1a盒體10

上蓋11連接基座12

緩沖件13下蓋14

第一弧形金屬支架20弧形基板21、41

凸面211、411凹面212、412

復位件22、42弧形壓電元件30

第一高度h1第二高度h2

鞋子90

具體實施方式

為能更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉較佳具體實施例說明如下。以下請一并參考圖1、圖2a與圖2b關(guān)于本發(fā)明的壓電獵能裝置的第一實施例的示意圖、剖視圖以及受外力壓迫的剖視圖。

如圖1、圖2a與圖2b所示，本發(fā)明的壓電獵能裝置1包括盒體10、多個第一弧形金屬支架20以及多個弧形壓電元件30，其中多個第一弧形金屬支架20位于盒體10內(nèi)，各弧形壓電元件30設(shè)置于各第一弧形金屬支架20上，當一外力施予盒體10時，壓迫多個第一弧形金屬支架20形變，使多個弧形壓電元件30形變因壓電效應而產(chǎn)生一電力。在本實施例中，弧形壓電元件30為d31模式的壓電陶瓷。

如圖1、圖2a與圖2b所示，在本實施例中，盒體10為矩形且包括上蓋11、連接基座12、緩沖件13以及下蓋14，其中連接基座12位于上蓋11與下蓋14的間，且多個第一弧形金屬支架20設(shè)置于連接基座12的一面，上蓋11藉由緩沖件13與下蓋14可移動地連接，當外力施加于盒體10時，藉由緩沖件13做為緩沖，以減輕上蓋11與下蓋14間受到的沖擊。在本實施例中，緩沖件13是彈簧，且在外力尚未壓迫上蓋11時，緩沖件13具有第一高度h1，但本發(fā)明不以此為限，緩沖件13也可以其他類型的緩沖件，比如：橡膠。在本實施例中，如圖2a與圖2b所示，當外力施予盒體10時，上蓋11下移壓迫緩沖件13，此時緩沖件13呈壓縮狀態(tài)，當外力解除時，藉由緩沖件13的彈性恢復力，緩沖件13恢復至第一高度h1，一并讓上蓋11恢復原本高度。

如圖1、圖2a與圖2b所示，在本實施例中，各第一弧形金屬支架20皆包括弧形基板21以及復位件22，其中復位件22的相對兩端分別連接弧形基板21以及連接基座12，當外力未施予盒體10時，復位件22具有第二高度h2，其中第一高度h1大于第二高度h2，藉此提供第一弧形金屬支架20足夠的變形空間與移動行程。如圖1、圖2a與圖2b所示，在本實施例中，弧形基板21包括凸面211以及凹面212，其中各弧形壓電元件30分別設(shè)置于各第一弧形金屬支架20的凸面211，各復位件22的相對兩端分別連接凹面212以及連接基座12。

如圖2b所示，當外力施予盒體10時，上蓋11壓迫弧形基板21以及復位件22形變，因為弧形基板21形變會一并帶動設(shè)置于各弧形基板21上的各弧形壓電元件30形變，藉由正壓電效應，讓多個弧形壓電元件30變形的機械能轉(zhuǎn)為電能，此時，可根據(jù)不同的使用需求，將個別弧形壓電元件30以串聯(lián)或并聯(lián)方式電性連接，以便輸出多個弧形壓電元件30產(chǎn)生的電能。此外，矩形的上蓋11能將外力平均傳遞并施加至各弧形壓電元件30而產(chǎn)生同相位電壓信號。以避免受外力時，施加于各弧形壓電元件30的外力方向不一致，使各弧形壓電元件30產(chǎn)生的電壓信號有相位差(phasedifference)，而產(chǎn)生互相抵消作用，而造成獵能(energyharvesting)效果不佳的情況發(fā)生。

以下請繼續(xù)參考圖2a與圖2b，并一起參考圖2c，其中圖2c本發(fā)明的弧形壓電元件30的示意圖。

如圖2c所示，弧形壓電元件30的發(fā)電公式如下：y為d31壓電應變/電荷常數(shù)(d31方向)，l、w和t分別為弧形壓電元件30的水平長度、寬度和厚度，為弧形壓電元件30垂直變形高度?；“霃絩、垂直變形高度與弧形壓電元件30弧長的關(guān)系為：水平長度l與弧半徑r的關(guān)系為：l＝2×rsinθ其中l(wèi)＝2×rsinθ弧形壓電元件30可視為等效電容，其電荷量為q＝cv且電容系數(shù)其中為壓電介電常數(shù)(d31方向)，其產(chǎn)生獵電能量為：

由上式可知，若考慮使用相同材料且寬度皆為w的弧形壓電元件，則壓電獵能裝置1的獵電能量與成正比。而本發(fā)明使用多個弧形壓電元件30的原因在于，在δh不變的前提下，與水平長度為l的單一弧形壓電元件相比，多個(n片)弧形壓電元件30的水平長度則為使得多個(n片)弧形壓電元件30的獵電能量為水平長度為l的單一弧形壓電元件的n³倍再疊加n倍，故增加n⁴倍的獵能量。此外，若δh不同，若欲水平長度為l的單一弧形壓電元件獲得與多個(n片)弧形壓電元件30的相同的獵電能量，則單一片弧形壓電元件的高度位移要設(shè)計為倍于多個(n片)弧形壓電元件。但是提高高度，對于盒體10設(shè)計以及空間利用上不甚便利。據(jù)此，使用多個弧形壓電元件30所獲得的整體獵電能量或?qū)τ诤畜w10設(shè)計上，均較單一弧形壓電元件較佳。

以下請一并參考圖3、圖4a與圖4b關(guān)于本發(fā)明的壓電獵能裝置的第二實施例的示意圖、剖視圖以及受外力壓迫的剖視圖。

如圖3、圖4a與圖4b所示，在本實施例中，壓電獵能裝置1a更包括多個第二弧形金屬支架40，且連接基座12包括上表面121以及下表面122，其中多個第一弧形金屬支架20設(shè)置于上表面121，多個第二弧形金屬支架40設(shè)置于下表面122，且各弧形壓電元件30位于各第二弧形金屬支架40上。此外，各第二弧形金屬支架40皆包括弧形基板41以及復位件42，復位件42的相對兩端分別連接各第二弧形金屬支架40的弧形基板41以及下表面122。而各第一弧形金屬支架20的復位件22的相對兩端分別連接各第一弧形金屬支架20的弧形基板21以及上表面121。

如圖3、圖4a與圖4b所示，各第二弧形金屬支架40的弧形基板41包括凸面411以及凹面412，其中各弧形壓電元件30設(shè)置于凸面411，且各第二弧形金屬支架40的復位件42的相對兩端分別連接凹面412以及下表面122。在此需注意的是，各弧形壓電元件30以及各第二弧形金屬支架40的形變方式與第一實施例相同，故不再贅述，請參考相關(guān)段落。本發(fā)明使用第二弧形金屬支架40，相較于使用多個第一弧形金屬支架20，可裝設(shè)兩倍多個弧形壓電元件30。在不受限制的前提下，則使用第二弧形金屬支架40可提高壓電獵能裝置1a的獵電能量。

以下請參考圖5，關(guān)于本發(fā)明的壓電獵能裝置的第二實施例的使用狀態(tài)示意圖。如圖5所示，本發(fā)明的壓電獵能裝置1a的一具體應用為鞋子90的鞋跟，藉由每次步行使用者足部對鞋跟(壓電獵能裝置1a)產(chǎn)生的壓迫讓弧形壓電元件30形變而產(chǎn)生電力。在此須注意的是，壓電獵能裝置1也可做為鞋跟使用，圖5所示僅為舉例說明而已。

本發(fā)明的壓電獵能裝置1、1a采用多個弧形壓電元件30不僅可以提高獵能效率，且壓電獵能裝置1、1a的尺寸可根據(jù)使用需求設(shè)計，就算在空間受限的鞋跟內(nèi)，仍可藉由將弧形壓電元件30設(shè)置于弧形金屬支架20、40的結(jié)構(gòu)，當弧形金屬支架20、40受力變形帶動弧形壓電元件30一并變形，利用壓電效應將機械能轉(zhuǎn)為電能。

當然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。