本發(fā)明涉及一種發(fā)電裝置，尤其涉及一種多方向?qū)掝l帶壓電振動(dòng)發(fā)電裝置。

背景技術(shù)：

隨著芯片和超低工號(hào)集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用，由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布眾多，為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的供電成為了技術(shù)難題，傳統(tǒng)技術(shù)采用電池供電，需要定期為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)更換電池，造成人力和物力的大量浪費(fèi)，尤其是在惡劣的工況條件下，使得電池更換更佳復(fù)雜，甚至難以進(jìn)行。

為了解決上述技術(shù)問題，人們逐漸提出了壓電振動(dòng)發(fā)電技術(shù)，這種技術(shù)具有工作穩(wěn)定、制作簡(jiǎn)單且清潔無(wú)污染，因此，壓電振動(dòng)發(fā)電技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但是現(xiàn)有的壓電振動(dòng)發(fā)電裝置具有如下缺點(diǎn)：現(xiàn)有的壓電振動(dòng)發(fā)電裝置在諧振頻率處具有較高的輸出電壓，而一旦振動(dòng)偏離諧振頻率，輸出電壓則驟然下降，而且現(xiàn)有的壓電振動(dòng)發(fā)電裝置只對(duì)某個(gè)方向的振動(dòng)激勵(lì)較為敏感，而且在實(shí)際的工況條件下，振動(dòng)具有寬頻和多方向的特點(diǎn)，導(dǎo)致現(xiàn)有的壓電發(fā)電裝置能量收集的效率低下，無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

因此，需要提出一種新的壓電發(fā)電裝置，在實(shí)際應(yīng)用中能夠適應(yīng)多方向和振動(dòng)頻帶較寬的環(huán)境，提高振動(dòng)能量收集效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種多方向?qū)掝l帶壓電振動(dòng)發(fā)電裝置，在實(shí)際應(yīng)用中能夠適應(yīng)多方向和振動(dòng)頻帶較寬的環(huán)境，提高振動(dòng)能量收集效率。

本發(fā)明提供的一種多方向?qū)掝l帶壓電振動(dòng)發(fā)電裝置，包括第一懸臂梁和第二懸臂梁，所述第一懸臂梁的一端固定設(shè)置，另一端與第二懸臂梁的一端可拆卸式連接，第二懸臂梁的另一端為自由端并設(shè)置有質(zhì)量塊，所述第一懸臂梁和第二懸臂梁之間具有夾角，所述第一懸臂梁和第二懸臂梁均設(shè)置有壓電片。

進(jìn)一步，所述第一懸臂梁和第二懸臂梁的夾角θ為90°＜θ＜180°。

進(jìn)一步，所述第一懸臂梁和第二懸臂梁的夾角為135°。

進(jìn)一步，所述第一懸臂梁和第二懸臂梁通過一連接件可拆卸式連接。

進(jìn)一步，所述連接件為柱狀結(jié)構(gòu)，所述連接件的側(cè)壁沿徑向下沉形成多個(gè)嵌入槽，所述第一懸臂梁和第二懸臂梁的端部嵌入于嵌入槽中。

進(jìn)一步，所述嵌入槽沿連接件的圓周方向均勻分布。

進(jìn)一步，所述第一懸臂梁和第二懸臂梁為板狀結(jié)構(gòu)，所述第一懸臂梁和第二懸臂梁的上表面和下表面均設(shè)置有壓電片。

進(jìn)一步，還包括儲(chǔ)能轉(zhuǎn)換電路，所述儲(chǔ)能轉(zhuǎn)換電路包括整流電路U1、儲(chǔ)能電容C1以及轉(zhuǎn)換芯片U2；

所述轉(zhuǎn)換芯片U2的輸入端PZ2和輸入端PZ1與壓電片的輸出端連接，所述整流電路U1的輸入端與壓電片的輸出端連接，整流電路U1的正輸出端通過電容C3與轉(zhuǎn)換芯片U2的輸入端Vin1連接，整流電路U1的負(fù)輸出端通過電容C2與轉(zhuǎn)換芯片U2的輸入端Vin2連接，所述儲(chǔ)能電容C1的兩端分別連接于整流電路U1的正輸出端和負(fù)輸出端之間，所述轉(zhuǎn)換芯片U2的輸出端Vout向負(fù)載供電。

進(jìn)一步，所述轉(zhuǎn)換芯片U2為L(zhǎng)TC3588-1芯片。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的多方向?qū)掝l帶壓電振動(dòng)發(fā)電裝置，能夠收集多方向的振動(dòng)能量并轉(zhuǎn)化成電能，而且能夠有效拓寬能量收集頻帶，提高了振動(dòng)能量的收集效率。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明在Y方向激勵(lì)下開路電壓與激振頻率的關(guān)系圖。

圖3為本發(fā)明在Z方向激勵(lì)下開路電壓與激振頻率的關(guān)系圖。

圖4為本發(fā)明的儲(chǔ)能轉(zhuǎn)換電路原理圖。

具體實(shí)施方式

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明在Y方向激勵(lì)下開路電壓與激振頻率的關(guān)系圖，圖3為本發(fā)明在Z方向激勵(lì)下開路電壓與激振頻率的關(guān)系圖，如圖所示，本發(fā)明提供的一種多方向?qū)拵弘娬駝?dòng)發(fā)電裝置，本發(fā)明提供的一種多方向?qū)掝l帶壓電振動(dòng)發(fā)電裝置，包括第一懸臂梁1和第二懸臂梁2，所述第一懸臂梁1的一端固定設(shè)置，固定設(shè)置是指第一懸臂通過固定件固定安裝，比如專用夾具、通過螺釘固定于墻壁等方式；另一端與第二懸臂梁2的一端可拆卸式連接，第二懸臂梁2的另一端為自由端并設(shè)置有質(zhì)量塊3，所述第一懸臂梁1和第二懸臂梁2之間具有夾角，所述第一懸臂梁1和第二懸臂梁2均設(shè)置有壓電片4，通過上述結(jié)構(gòu)，第一懸臂梁和第二懸臂梁即使在較小的激勵(lì)下具有較大振幅，而且即使在不同方向上的振動(dòng)激勵(lì)下同樣能夠具有輸出，從而能夠有效提高壓電振動(dòng)發(fā)電裝置的振動(dòng)能量收集效率，有效解決了傳統(tǒng)技術(shù)中只能在單一方向激勵(lì)下才具有輸出的問題。

本實(shí)施例中，所述第一懸臂梁1和第二懸臂梁2的夾角θ為90°＜θ＜180°，第一懸臂梁1和第二懸臂梁2的夾角在此角度范圍內(nèi)使得本發(fā)明具有較高的能量收集效率，優(yōu)選地，所述第一懸臂梁1和第二懸臂梁2的夾角為135°，也就是說(shuō)，一般狀況下，第一懸臂梁1和第二懸臂梁2之間的夾角為135°時(shí)，無(wú)論在豎直方向還是水平方向上其輸出最大，但是，在某些特定的工況環(huán)境中，比如已經(jīng)明確檢測(cè)到振動(dòng)激勵(lì)的方向，或者某些工況下不能夠以上述方式設(shè)定，那么可以將兩個(gè)懸臂之間的夾角按照實(shí)際工況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以使兩個(gè)懸臂梁之間的夾角適合于工況環(huán)境。

本實(shí)施例中，所述第一懸臂梁1和第二懸臂梁2通過一連接件5可拆卸式連接，通過這種結(jié)構(gòu)，能夠方面對(duì)第一懸臂梁1和第二懸臂梁2進(jìn)行安裝，更 為重要的是，連接件在此處還可以作為質(zhì)量塊，連接件和第二懸臂梁2上的質(zhì)量塊的共同作用在激勵(lì)作用下增大兩個(gè)懸臂梁的振幅，進(jìn)一步提高了振動(dòng)能量的收集效率。

本實(shí)施例中，所述連接件5為柱狀結(jié)構(gòu)，所述連接件5的側(cè)壁沿徑向下沉形成多個(gè)嵌入槽6，所述第一懸臂梁1和第二懸臂梁2的端部嵌入于嵌入槽6中，通過這種結(jié)構(gòu)，能夠方便對(duì)兩個(gè)懸臂梁進(jìn)行安裝，更為重要的是利于對(duì)兩個(gè)懸臂梁之間的夾角進(jìn)行調(diào)整，從而能夠具有較強(qiáng)的工況適應(yīng)能力。

優(yōu)選地，所述嵌入槽6沿連接件5的圓周方向均勻分布，在實(shí)際使用中，可以將嵌入槽6設(shè)置為8個(gè)、16個(gè)或者32個(gè)等個(gè)數(shù)，根據(jù)實(shí)際需要以及兩個(gè)懸臂梁之間的夾角調(diào)整的精確度而確定，通過上述結(jié)構(gòu)，利于對(duì)兩個(gè)懸臂梁之間的夾角進(jìn)行調(diào)整。

本實(shí)施例中，所述第一懸臂梁1和第二懸臂梁2為板狀結(jié)構(gòu)，所述第一懸臂梁1和第二懸臂梁2的上表面和下表面均設(shè)置有壓電片4，通過這種結(jié)構(gòu)，能夠有效提高振動(dòng)能量的收集效率以及提高電能的轉(zhuǎn)化，當(dāng)然，壓電片4采用現(xiàn)有的壓電片，并具有輸出電極等結(jié)構(gòu)，通過電極和導(dǎo)線與整流存儲(chǔ)電路連接，比如陶瓷壓電片，第一懸臂梁1和第二懸臂梁2采用金屬材料，優(yōu)選采用銅材料，連接件5同樣采用金屬材料，比如鋁合金。

本實(shí)施例中，還包括儲(chǔ)能轉(zhuǎn)換電路，所述儲(chǔ)能轉(zhuǎn)換電路包括整流電路U1、儲(chǔ)能電容C1以及轉(zhuǎn)換芯片U2；

所述轉(zhuǎn)換芯片U2的輸入端PZ2和輸入端PZ1與壓電片的輸出端連接，所述整流電路U1的輸入端與壓電片的輸出端連接，整流電路U1的正輸出端通過電容C3與轉(zhuǎn)換芯片U2的輸入端Vin1連接，整流電路U1的負(fù)輸出端通過電容C2與轉(zhuǎn)換芯片U2的輸入端Vin2連接，所述儲(chǔ)能電容C1的兩端分別連接于整流電路U1的正輸出端和負(fù)輸出端之間，所述轉(zhuǎn)換芯片U2的輸出端Vout向負(fù)載供電，其中，轉(zhuǎn)換芯片U2的輸入端PZ2和輸入端PZ1與其中的一個(gè)壓電片的輸出端連接，而其它壓電片的輸出端則連接到整流電路U1的輸入端，整流電路U1為全橋式整流電路，由于壓電片輸出的能量為交流電，而且不同的壓電片的特性不 同，每個(gè)壓電片的輸出電壓、電流以及相位均不相同，因此，當(dāng)所有的壓電片都通過串接或并聯(lián)的方式直接連接于轉(zhuǎn)換芯片U1時(shí)，將導(dǎo)致整體的輸出功率降低，通過上述結(jié)構(gòu)，即使壓電片多于兩個(gè)，只將其中一個(gè)壓電片直接連接于轉(zhuǎn)換芯片U1，其他的壓電片的輸出端均與整流電路U1的輸入端連接，然后通過儲(chǔ)能電容C1的儲(chǔ)能緩沖作用，能夠有效解決上述問題，從而能夠有效避免能量損失，提高本發(fā)明的輸出功率。

進(jìn)一步，所述轉(zhuǎn)換芯片U2為L(zhǎng)TC3588-1芯片

以下以具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明：

在本實(shí)例中，兩個(gè)懸臂梁均采用銅制成，壓電片采用PZT-51壓電陶瓷，連接件采用鋁合金，質(zhì)量塊則采用鎢鋼制成，在實(shí)例中的具體參數(shù)如下表：

采用上表中的參數(shù)，經(jīng)過試驗(yàn)仿真后，得出圖2和圖3仿真圖，從圖2中可以看出：當(dāng)激勵(lì)來(lái)自Y方向，即水平方向的振動(dòng)時(shí)，本發(fā)明的輸出具有兩個(gè)峰值：一階諧振頻率8.5Hz具有峰值77V/g，在二階諧振頻率24.7Hz有峰值24.9V/g；圖3中可以看出：當(dāng)激勵(lì)來(lái)自Z方向，即豎直方向的振動(dòng)時(shí)，本發(fā)明的輸出具有兩個(gè)峰值：一階諧振頻率9.2Hz具有峰值140.2V/g，在二階諧振頻率29Hz有峰值22.9V/g；綜上可以得知：本發(fā)明在實(shí)際應(yīng)用中，在不同方向的振動(dòng)激勵(lì)下，都至少具有兩個(gè)輸出峰值，也就是說(shuō)，本發(fā)明有效提高了能量的收集的頻帶寬度，進(jìn)而提交了振動(dòng)能量的收集效率，而且電能轉(zhuǎn)化效率高。

最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管 參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。