一種樹狀多模態(tài)壓電發(fā)電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及新型能源和電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種樹狀多模態(tài)壓電發(fā)電
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)能源的需求日益劇增，環(huán)境污染和能源短缺成為困擾世界各國的一個(gè)共同難題，并由此而造成的環(huán)境惡化和能源危機(jī)逐漸開始影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們?nèi)粘Ｉ?。迫于此壓力，各國科技工作者開始了尋找和開發(fā)新型能源的探索，比如太陽能、風(fēng)能、波浪能等。振動(dòng)作為日常生活中的常見現(xiàn)象，由于其具有較高的能量密度，其潛在的能量價(jià)值已引起越來越多的研究者的關(guān)注。目前，用于實(shí)現(xiàn)振動(dòng)發(fā)電的裝置主要有壓電式、電磁式和靜電式三種。壓電式振動(dòng)發(fā)電裝置以其結(jié)構(gòu)簡單、不發(fā)熱、無電磁干擾及易于微型化等諸多優(yōu)點(diǎn)而成為目前的研究熱點(diǎn)?；诖?，目前出現(xiàn)了各種各樣的壓電式振動(dòng)發(fā)電裝置，如懸臂梁結(jié)構(gòu)、Cymbal結(jié)構(gòu)、疊堆形結(jié)構(gòu)等。對(duì)于壓電式振動(dòng)發(fā)電裝置，理論上其供電壽命僅取決于組成振動(dòng)發(fā)電裝置的各元器件的壽命，清潔環(huán)保，是一種典型的“綠色”能源技術(shù)。
[0003]值得注意的是，在各種形式的壓電式振動(dòng)發(fā)電裝置的研究中，多模態(tài)壓電發(fā)電裝置的報(bào)道相對(duì)較少。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的王紅艷在2010年發(fā)表了題為《壓電懸臂梁俘能器多模態(tài)俘能效果研究》的文章，文章報(bào)道了帶質(zhì)量塊的壓電懸臂梁的多模態(tài)俘能效果，該俘能器由一個(gè)壓電懸臂梁和一個(gè)質(zhì)量塊組成。該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)是，系統(tǒng)的諧振頻率較高，同時(shí)，由于采用單一懸臂梁，為實(shí)現(xiàn)多模態(tài)振動(dòng)發(fā)電，需采用分段電極的形式，而每段電極位置的確定比較困難?？紤]到外界環(huán)境中豐富的振動(dòng)能資源，如何將外界環(huán)境中的振動(dòng)能應(yīng)用于多模態(tài)壓電發(fā)電裝置是一個(gè)非常值得研究的方向。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]針對(duì)以上問題，本實(shí)用新型提供一種樹狀多模態(tài)壓電發(fā)電裝置，本實(shí)用新型裝置將外界環(huán)境中的振動(dòng)能通過壓電梁轉(zhuǎn)換為電能，使用方便，可擴(kuò)展性強(qiáng)，為達(dá)此目的，本實(shí)用新型提供一種樹狀多模態(tài)壓電發(fā)電裝置，包括固定基座、壓電梁和質(zhì)量塊，所述壓電梁之間通過質(zhì)量塊相互連接，整個(gè)裝置固定在固定基座一側(cè)，同時(shí)最末端壓電梁的自由端也設(shè)置質(zhì)量塊；所述壓電梁由上層壓電片、彈性金屬基片和下層壓電片組成。
[0005]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述壓電梁的尺寸不同，且越靠近固定基座，壓電梁的尺寸越大。
[0006]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述質(zhì)量塊的數(shù)量為N個(gè)，N多2，且質(zhì)量塊的質(zhì)量不同，本實(shí)用新型可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置相應(yīng)的質(zhì)量塊。
[0007]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述上層壓電片和下層壓電片為矩形形狀或梯形形狀，且沿厚度方向極化，以上設(shè)計(jì)可以取得較好的發(fā)電效果。
[0008]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述彈性金屬基片為矩形形狀或梯形形狀，本實(shí)用新型可根據(jù)壓電片情況設(shè)計(jì)相應(yīng)的金屬基片。
[0009]本實(shí)用新型提供一種樹狀多模態(tài)壓電發(fā)電裝置，，本實(shí)用新型通過設(shè)置固定基座、壓電梁和質(zhì)量塊，可以將外界自然環(huán)境的振動(dòng)能通過壓電梁轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)發(fā)電；同時(shí)，壓電發(fā)電裝置中的壓電梁的數(shù)量和形式可進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)展，從而提高了壓電發(fā)電裝置的發(fā)電能力，增強(qiáng)了裝置的實(shí)用性。
【附圖說明】
[0010]圖1是本實(shí)用新型中壓電梁的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]具體部件如下:
[0013]1、固定基座；2、壓電梁；21、上層壓電片；
[0014]22、彈性金屬基片；23、下層壓電片；3、質(zhì)量塊。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)實(shí)用新型做詳細(xì)的說明:
[0016]本實(shí)用新型提供一種樹狀多模態(tài)壓電發(fā)電裝置，本實(shí)用新型裝置將外界環(huán)境中的振動(dòng)能通過壓電梁轉(zhuǎn)換為電能，使用方便，可擴(kuò)展性強(qiáng)。
[0017]結(jié)合圖1和圖2所示，本實(shí)用新型提供一種樹狀多模態(tài)壓電發(fā)電裝置，包括固定基座1、壓電梁2和質(zhì)量塊3，下面分別介紹。
[0018]壓電梁2之間通過質(zhì)量塊3相互連接，同時(shí)最末端壓電梁2的自由端也設(shè)置質(zhì)量塊3 ;整個(gè)裝置固定在固定基座I上；裝置中壓電梁的數(shù)量M可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，且M多2，如在本實(shí)施例中選用9個(gè)，配合圖1所示，本實(shí)施例中的壓電梁2包括上層壓電片21、彈性金屬基片22和下層壓電片23，其中，上層壓電片21和下層壓電片23分別同向貼附于彈性金屬基片22的上表面和下表面，用以借助正壓電效應(yīng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，所述的上層壓電片21和下層壓電片23沿厚度方向極化。
[0019]裝置中質(zhì)量塊3的數(shù)量N可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，且N多2，如在本實(shí)施例中選用9個(gè)；質(zhì)量塊3的質(zhì)量不同，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置。
[0020]本實(shí)施例在工作時(shí)，將裝置置于外界自然振動(dòng)環(huán)境中，并借助固定基座I加以固定；環(huán)境中的振動(dòng)將誘發(fā)裝置中的質(zhì)量塊3產(chǎn)生受迫振動(dòng)，質(zhì)量塊3的振動(dòng)將導(dǎo)致壓電梁2產(chǎn)生交替變化的彎曲變形，從而使得粘貼在彈性金屬基片22上的上層壓電片21和下層壓電片23產(chǎn)生交替變化的彎曲變形，根據(jù)壓電材料的正壓電效應(yīng)，在上層壓電片21和下層壓電片23的正負(fù)電極面上產(chǎn)生正、負(fù)相反的電荷，即實(shí)現(xiàn)了由機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換。此外，由于壓電發(fā)電裝置中可以設(shè)置更多數(shù)量和更多形式的壓電梁2，從而提高了壓電發(fā)電裝置的發(fā)電能力。
[0021]綜上所述，本實(shí)用新型提出的一種樹狀多模態(tài)壓電發(fā)電裝置，能感知外界環(huán)境振動(dòng)，并將外界環(huán)境中的振動(dòng)能通過壓電梁2轉(zhuǎn)換為電能，通過擴(kuò)展壓電梁2的數(shù)量和形式能有效提高裝置的發(fā)電能力，且使用壽命長，增強(qiáng)了其實(shí)用性。
[0022]以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非是對(duì)本實(shí)用新型作任何其他形式的限制，而依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)所作的任何修改或等同變化，仍屬于本實(shí)用新型所要求保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種樹狀多模態(tài)壓電發(fā)電裝置，包括固定基座(I)、壓電梁(2)和質(zhì)量塊(3)，其特征在于:所述壓電梁(2)之間通過質(zhì)量塊(3)相互連接，整個(gè)裝置固定在固定基座(I) 一側(cè)，同時(shí)最末端壓電梁(2)的自由端也設(shè)置質(zhì)量塊(3);所述壓電梁(2)由上層壓電片(21)、彈性金屬基片(22)和下層壓電片(23)組成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種樹狀多模態(tài)壓電發(fā)電裝置，其特征在于:所述壓電梁(2)的尺寸不同，且越靠近固定基座(1)，壓電梁(2)的尺寸越大。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種樹狀多模態(tài)壓電發(fā)電裝置，其特征在于:所述質(zhì)量塊(3)的數(shù)量為N個(gè)，N彡2，且質(zhì)量塊(3)的質(zhì)量不同。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種樹狀多模態(tài)壓電發(fā)電裝置，其特征在于:所述上層壓電片(21)和下層壓電片(23)為矩形形狀或梯形形狀，且沿厚度方向極化。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種樹狀多模態(tài)壓電發(fā)電裝置，其特征在于:所述彈性金屬基片(22)為矩形形狀或梯形形狀。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種樹狀多模態(tài)壓電發(fā)電裝置，包括固定基座、壓電梁和質(zhì)量塊。壓電梁之間通過質(zhì)量塊相互連接，整個(gè)裝置固定在固定基座上，同時(shí)最末端壓電梁的自由端也設(shè)置質(zhì)量塊；所述壓電梁由上層壓電片、彈性金屬基片和下層壓電片組成。此裝置可以實(shí)現(xiàn)在較低的頻率范圍內(nèi)有較多的振動(dòng)模態(tài)，若對(duì)裝置進(jìn)行擴(kuò)展，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)方向振動(dòng)能量的收集，增強(qiáng)了裝置的實(shí)用性。
【IPC分類】H02N2/18
【公開號(hào)】CN204906229
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520745482
【發(fā)明人】劉祥建, 李曉暉, 羅衛(wèi)平, 王珺
【申請(qǐng)人】金陵科技學(xué)院
【公開日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年9月24日