CN102769328A - 一种基于压电效应的能量回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种基于压电效应的能量回收装置，所述装置包括：固定模块，用于将压电模块固定在悬置装置上；压电模块，用于将悬置装置传递的机械能转换为电能；稳压整流模块，用于将压电模块生成的电能进行稳压整流处理。

Description

一种基于压电效应的能量回收装置

技术领域

本发明涉及压电技术领域，特别涉及一种基于压电效应的能量回收装置。

背景技术

某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷；当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变；当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为压电效应。

现实中一些晶体就存在这种压电效应，这类晶体在收到挤压或拉伸的时候，两端就会产生种类不同的电荷。具有这种性质的晶体被称为压电晶体，例如水晶（α-石英）就是一种较常见的压电晶体。

由此不难想见，利用压电晶体的上述性质，能够在一些应用场景下，利用较为简便的手段将机械能转化为电能，以便实现某些特别的用途。并且当前阶段，能源问题一直是世界各国广泛关注的一项重大问题。如果能够利用压电晶体实现将某些多余的机械能转变成电能回收利用，必将具有非常重要的实际意义。比如将汽车或其他机械设备的震动利用压电晶体“收集”起来，将震动带来的机械能转变成电能重新利用。

现阶段所研究的压电发电装置大多属于人力发电机。其中较成熟的一种应用为“压电发电鞋”。这种发电装置的发电功率可满足野外军事行动中通信联络和无线电跟踪电子装置的使用需求。压电发电鞋的原理就是把发电装置植入鞋底，通过走路时脚对鞋底的冲击使压电陶瓷变形而产生电流。该压电鞋在标准体重和标准步幅下能够产生250mW的能量。

但是这种发电鞋实际上仅仅是一种人力发电的装置，同样的现阶段对于压电晶体的利用大多数也局限于类似人力发电的思路。由于人的重力或力量有限，踩踏发电鞋的频率也较低，所以类似的人力发电装置只能产生很少的电能，且输出不稳定，不便作为稳定电源来使用。而且此类人力发电装置并没有实现有效的利用某些多余的机械能，达到能量回收使用的目的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于压电效应的能量回收装置，所述装置利用发动机悬置所传递的震动带来的机械能来产生大量稳定的电能。

为实现上述目的，本发明有如下技术方案：

一种基于压电效应的能量回收装置，所述装置包括：

固定模块，用于将压电模块固定在悬置装置上；

压电模块，用于将悬置装置传递的机械能转换为电能；

稳压整流模块，用于将压电模块生成的电能进行稳压整流处理。

所述压电模块包括压电元件，具体为：

压电元件，用于承受悬置装置所传递的震动机械能，并根据压电效应将震动机械能转换为电能。

所述压电元件呈环形。

所述压电模块还包括：

保护罩，用于覆盖并保护压电元件。

所述保护罩呈圆锥形，内部设有空腔，空腔与所述压电元件的形状尺寸相匹配，压电元件放置在空腔中；保护罩还设有一个使得所述空腔与外界连通的通孔。

所述稳压整流模块通过所述通孔与压电元件连接。

所述稳压整流模块包括稳压整流电路，用于对电能进行稳压处理并生成持续的稳压电流。

所述稳压电路包括变压器、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电容、第二电容和直流-直流变换器，具体为：

第一二极管的阴极连接第一电容的第一端，第一电容的第二端连接第二电容的第一端，第二电容的第二端连接第二二极管的阳极，第二二极管的阴极连接第一二极管的阳极，第三二极管的阴极连接第一二极管的阴极，第三二极管的阳极连接第二二极管的阳极，第三二极管的阴极和阳极同时连接直流-直流变换器；变压器一侧的一端连接第一二极管的阳极，另一端连接第一电容的第二端；变压器另一侧连接压电模块。

所述直流-直流变换器连接电瓶，利用经过稳压电路后的稳压电流为电瓶充电。

通过以上技术方案可知，本发明存在的有益效果是，利用所述固定模块将压电模块固定在悬置装置上，使得压电模块承受悬置装置上由于震动带来的机械能并产生电能，在利用稳压模块将该电能转化成稳定持续的电流提供；所述能量回收装置产生的电能充足而且持久稳定，能够作为常规的电源进行使用；并且所述装置将多余的机械能重新转化为可被利用的电能，实现了能量回收、节约能源的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中所述能量回收装置结构示意图；

图2为本发明实施例中所述压电模块与稳压整流模块结构示意图；

图3为本发明实施例中所述稳压整流电路的电路图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所公开的技术方案的主要思路是利用压电晶体的压电效应将机械能转化为电能。所述装置被固定在悬置装置上。所述悬置装置为减少并控制震动的传递，同时起到支撑作用的装置；一般来说悬置装置都是发动机的附属装置，也就是用于支撑发动机，并对发动机的震动起到缓冲作用。固定在悬着装置上的所述能量回收装置就可以承受悬置装置所传递的震动带来的机械能，以此产生电能。

参照图1所示为本发明所述能量回收装置的具体实施例。本实施例中，所述装置包括：

固定模块01，用于将压电模块固定在悬置装置上；

压电模块02，用于将悬置装置传递的机械能转换为电能；

稳压整流模块03，用于将压电模块生成的电能进行稳压整流处理。

本实施例为本发明所述能量回收装置的基础实施例。本实施例中固定在悬置装置上的压电模块02收集悬置装置传递震动产生的机械能并生成电能，再通过稳压模块03进行处理，最终产生能够被利用的稳定持续的电能。由于悬置装置传递的震动是随着其所附属发动机或其他装置的运行而持续的，并且相对于传统的人力压电发电来说，这种震动频率更高，所带来的机械能更加充沛，所述能量回收装置接收到的能量也就更加稳定充足；可见本实施例的有益效果是，利用压电效应产生持续稳定的电能，并且实现了将震动带来的多余机械能回收利用。

以下为本发明所述能量回收装置的另一个具体实施例，本实施例中对于所述压电模块和稳压整流模块的物理形状和结构给出了更加具体的描述，参照图2所示为本实施例中所述压电模块的结构示意图。

本实施例中，所述压电模块包括：

压电元件，用于承受悬置装置所传递的震动机械能，并根据压电效应将震动机械能转换为电能；

压电元件为压电模块中的核心部分，所述压电元件由具有压电效应的材料构成，一般可选用压电晶体、压电陶瓷或其他类似材料；本实施例中压电元件制成圆环结构；实际应用中，在不影响整体方案的情况下也可以根据需要将压电元件的结构设计成其他的形式。

保护罩，用于覆盖并保护压电元件；

本实施例中所述压电模块被固定在发动机悬置装置上，针对不同类型的发动机，相应的悬置装置结构与其传递震动的频率或振幅都存在差异。为了能够匹配不同功率发动机的悬置装置，本实施例中为所述压电元件配置了保护罩。通过所述保护罩能够在一定程度上调节压电元件所承受的震动带来的压力或拉力，又避免了对压电元件的直接冲击造成损伤，使得压电元件的受力不超过最大承载力，压电元件所产生的变形也不超过最大变形；并且通过设计保护罩的形状，使得压电模块能够合理的安装在悬置装置上；即是说明安装空间以及能量密度的合理选取都是利用保护罩来实现的。

图2中给出了本实施例中保护罩的具体情况。本实施例中所述保护罩呈圆锥形，由上下两部分组成，上下两部分之间设有一个空腔，空腔与压电元件的形状尺寸向匹配，压电元件放入空腔之后保护罩的上下两部分扣合。保护罩之上还设有一个通孔使得所述空腔与外界连通。压电模块中的整流单元通过所述通孔与压电元件相连接。

稳压整流模块，用于将压电模块生成的电能进行稳压整流处理；

在震动过程中，压电元件交替收到压力与拉力的作用，而在受压或受拉的过程中其两端产生的电荷正负相反，也就是说本实施例中压电元件产生的电能实质上属于交流电。所以必须利用所述稳压整流模块，对压电元件产生的电能进行稳压整流处理，将经过稳压整流的电能输送出去。所述稳压整流处理就是将交流电转换成直流。

本实施例中，稳压整流模块的外部物理形状参照图2所示，包括大小两部分立方体，其中小立方体从保护罩的通孔插入，与压电元件相连接。

需要说明的是，本实施例中同样包括固定模块，本实施例中所述固定模块的功能结构与图1所示实施例一致，在本实施例中不作重复叙述。

以下为本发明所述装置的又一个具体实施例。本实施例在图2所示实施例的基础之上，对于所述稳压整流模块做出了具体的描述。

本实施例中所述稳压整流模块主要包括稳压整流电路，稳压整流电路用于对压电模块产生的电能进行稳压整流处理，生成持续的稳压直流电。本实施例中利用该稳压直流电对汽车电瓶进行充电。

压电元件的每次受压或受拉过程中，生成的电能很少，但电压较大，不能被大部分电路直接应用。因此必须对压电模块生成的电能进行积累和交直流转换，才能够真正利用这一部分能量达到为汽车电瓶充电。所以如果想要将压电模块产生的电能高效的传输给外部设备，稳压整流电路就是所述装置中不可缺少的一部分。

参照图3所示为本实施例中所述稳压整流电路的电路图。具体机构如下：

所述稳压电路包括变压器T、第一二极管D₁、第二二极管D₂、第三二极管D₃、第一电容C₁、第二电容C₂和直流-直流变换器DC/DC；第一二极管D₁的阴极连接第一电容C₁的第一端，第一电容C₁的第二端连接第二电容C₂的第一端，第二电容C₂的第二端连接第二二极管D₂的阳极，第二二极管D₂的阴极连接第一二极管D₁的阳极，第三二极管D₃的阴极连接第一二极管D₁的阴极，第三二极管D₃的阳极连接第二二极管D₂的阳极，第三二极管D₃的阴极和阳极同时连接直流-直流变换器DC/DC；变压器T一侧的一端连接第一二极管D₁的阳极，另一端连接第一电容C₁的第二端；变压器T另一侧连接压电模块。本实施例中直流-直流变换器DC/DC还连接汽车电瓶，提供经过稳压处理的电能为汽车电瓶充电。

本实施例中所述稳压整流电路的目的是将压电模块产生的不稳定的电能转化为车载电源可接受的恒压直流电：其中第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C1、第二电容C2联合作用，将交流电转换为直流电，第三二极管D3做为稳压二极管,其作用是稳定第一电容C1和第二电容C2的并联电压,防止过高电压损坏DC/DC转换器。本质上来说，以上稳压整流电路在现有技术中已经十分成熟，并非本发明的核心发明点，所以其具体的原理和工作方式在此不作赘述。

还需要说明的是，在实际应用中，可以根据情况采用其他的电路结构对电能进行稳压整流处理，能够起到相同或类似的作用电路结构均可以置于本发明的整体技术方案之下。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于压电效应的能量回收装置，其特征在于，所述装置包括：

固定模块，用于将压电模块固定在悬置装置上；

压电模块，用于将悬置装置传递的机械能转换为电能；

稳压整流模块，用于将压电模块生成的电能进行稳压整流处理。

2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述压电模块包括压电元件，具体为：

压电元件，用于承受悬置装置所传递的震动机械能，并根据压电效应将震动机械能转换为电能。

3.根据权利要求2所述装置，其特征在于：所述压电元件呈环形。

4.根据权利要求2所述装置，其特征在于，所述压电模块还包括：

保护罩，用于覆盖并保护压电元件。

5.根据权利要求4所述装置，其特征在于：

所述保护罩呈圆锥形，内部设有空腔，空腔与所述压电元件的形状尺寸相匹配，压电元件放置在空腔中；保护罩还设有一个使得所述空腔与外界连通的通孔。

6.根据权利要求5所述装置，其特征在于：

所述稳压整流模块通过所述通孔与压电元件连接。

7.根据权利要求1-6任意一项所述装置，其特征在于：

所述稳压整流模块包括稳压整流电路，用于对电能进行稳压处理并生成持续的稳压电流。

8.根据权利要求7所述装置，其特征在于，所述稳压电路包括变压器、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电容、第二电容和直流-直流变换器，具体为：

第一二极管的阴极连接第一电容的第一端，第一电容的第二端连接第二电容的第一端，第二电容的第二端连接第二二极管的阳极，第二二极管的阴极连接第一二极管的阳极，第三二极管的阴极连接第一二极管的阴极，第三二极管的阳极连接第二二极管的阳极，第三二极管的阴极和阳极同时连接直流-直流变换器；变压器一侧的一端连接第一二极管的阳极，另一端连接第一电容的第二端；变压器另一侧连接压电模块。

9.根据权利要求8所述装置，其特征在于：

所述直流-直流变换器连接电瓶，利用经过稳压电路后的稳压电流为电瓶充电。

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