CN104253563A - 一种提高双稳态悬臂梁压电发电装置发电能力的方法 - Google Patents

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Abstract

一种提高双稳态悬臂梁压电发电装置发电能力的方法，第一压电层和基层末端分离，分离长度为第一压电层总长度的1/3，第二压电层和基层末端分离，分离长度为第二压电层总长度的1/3；所述压电悬臂梁末端粘贴有一个质量块，质量块远离悬臂梁固定端一侧粘贴有第一永久磁铁，和第一永久磁铁相对放置的是第二永久磁铁，第一永久磁铁和第二永久磁铁相互排斥放置；所述在第一压电层和第二压电层的两侧分别铺设电极，引线从电极处引出。通过压电层和基层的部分分离，可以使得压电振子在振动过程中压电层和基层之间有相互的影响，使得随着外激励频率的增加，能够出现多个电压峰值，无论是电压还是有效频宽都有明显的增大。

Description

一种提高双稳态悬臂梁压电发电装置发电能力的方法
技术领域
本发明涉及一种提高双稳态悬臂梁压电发电装置发电能力的方法，可有效提高利用周围环境的振动机械能进行发电的能力，属于节能技术及再生环保新能源领域。
背景技术
微电子技术的发展促进了压电能源采集器的发展，随着压电能源采集器研究和应用越来越普遍，其大电压、高功率方面的追求也越来越强烈，尤其是大面积发电，对发电量的要求更为严格，比如，在公路地表下层铺设压电层，通过车辆的碾压发电。或在超市的地板下面铺设压电层，通过行人的踩踏振动发电。因此如何提高发电量是个关键性的问题。
中国专利CN102064745A公开了一种双稳态压电悬臂梁振子装置，在一定程度上提高了宽带低频振动环境下压电振动的发电效率。中国专利CN102790547A公开了一种双稳态双悬臂梁压电发电装置，该发明在一个装置内同时布置了两个对称的双稳态压电悬臂振子，有效的提高了发电量。美国专利WO2010151738A3公开了一种双稳态压电悬臂梁发电装置，与线性发电结构相比，输出电压和输出功率都有显著提高。
发明内容
本发明的目的在于针对目前压电悬臂梁发电装置单位时间内发电量小的问题，提供一种提高双稳态悬臂梁压电发电装置发电能力的方法，通过改进悬臂梁的结构，使之具有更宽的工作频率带，更高的发电电压，同时提高单位时间的发电量。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种提高双稳态悬臂梁压电发电装置发电能力的方法，其中，双稳态悬臂梁压电发电装置包括第一保护层、第二保护层、基层、第一压电层、第二压电层、引线、电极、质量块、第一永久磁铁、第二永久磁铁；其实现方法包括如下，所述第一保护层和第一压电层紧紧粘贴在一起，第一压电层和基层末端分离，分离长度为第一压电层总长度的1/3，第二保护层和第二压电层紧紧粘贴在一起，第二压电层和基层末端分离，分离长度为第二压电层总长度的1/3；所述压电悬臂梁末端粘贴有一个质量块，质量块远离悬臂梁固定端一侧粘贴有第一永久磁铁，和第一永久磁铁相对放置的是第二永久磁铁，第一永久磁铁和第二永久磁铁相互排斥放置；所述在第一压电层和第二压电层的两侧分别铺设电极，引线从电极处引出。
第一压电层、第二压电层和基层之间用石蜡绝缘处理，第一永久磁铁和第二永久磁铁面对齐放置，引线从电极处引出，电极采用丝印银浆或铜浆。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下
通过压电层和基层的部分分离，可以使得压电振子在振动过程中压电层和基层之间有相互的影响，使得随着外激励频率的增加，能够出现多个电压峰值，无论是电压还是有效频宽都有明显的增大。
附图说明
图1是本发明中双稳态压电悬臂振子结构的主视图；
图2是同一个双稳态压电悬臂振子结构中第一、第二永久磁铁间排斥力作用示意图；
图3是本发明中第一压电层和基层分离的压电发电结构不同分离长度以及未分离结构的电压频率响应曲线。
图4是本发明中第一压电层和基层分离的压电发电结构和第二压电层和基层分离的压电发电结构的电压频率响应曲线。
图中：1、第一保护层；2、引线；3、第一压电层；4、质量块；5、第一永久磁铁；6、第二永久磁铁；7、基层；8、第二保护层；9、第二压电层；10、电极；
11、第一压电层3和基层7分离长度23mm的压电频率响应曲线；
12、第一压电层和基层分离长度23mm的电压频率响应曲线；
13、由压电层和基层未分离的压电振子结构的电压频率响应曲线；
14、第一压电层和基层分离长度23mm并且第二压电层和基层分离长度23mm的电压频率响应曲线。
15、第一压电层和基层分离长度23mm以及第二压电层和基层分离长度23mm并且上侧的质量块减小为0.2g下侧也粘贴0.2g质量块的电压频率响应曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
如图1-2所示，一种提高双稳态悬臂梁压电发电装置发电能力的方法，其中，双稳态悬臂梁压电发电装置包括第一保护层1、第二保护层8、基层7、第一压电层3、第二压电层9、引线2、电极10、质量块4、第一永久磁铁5、第二永久磁铁6；其实现方法包括如下，所述第一保护层1和第一压电层3紧紧粘贴在一起，第一压电层3和基层7末端分离，分离长度为第一压电层3总长度的1/3，第二保护层8和第二压电层9紧紧粘贴在一起，第二压电层9和基层7末端分离，分离长度为第二压电层9总长度的1/3；所述压电悬臂梁末端粘贴有一个质量块4，质量块4远离悬臂梁固定端一侧粘贴有第一永久磁铁5，和第一永久磁铁5相对放置的是第二永久磁铁6，第一永久磁铁5和第二永久磁铁6相互排斥放置；所述在第一压电层3和第二压电层9的两侧分别铺设电极10，引线2从电极10处引出。
第一压电层3、第二压电层9和基层7之间用石蜡绝缘处理，第一永久磁铁5和第二永久磁铁6面对齐放置，引线2从电极10处引出，电极10采用丝印银浆或铜浆。
所述第一永久磁铁5和第二永久磁铁6选用矩形钕铁硼永久磁铁。
图3和图4分别是不同结构的电压频率响应曲线，第一压电层3和基层7分离长度23mm的电压频率响应曲线12和第一压电层3和基层7分离长度23mm的压电频率响应曲线11的发电效果相差不大，分离长度23mm的压电振子的发电能力稍微好一点，由压电层和基层7未分离的压电振子结构的电压频率响应曲线13可以看出，第一压电层3和基层7分离的压电振子结构在发电能力上会有非常明显的优势。第一压电层3和基层7分离长度23mm并且第二压电层9和基层7分离长度23mm的电压频率响应曲线14相对于第一压电层3和基层7分离长度23mm的电压频率响应曲线12的发电量有所提高。
本发明一种提高双稳态悬臂梁压电发电装置发电能力的方法，其中，该方法所涉及到的压电振子结构所提到的第一永久磁铁和第二永久磁铁的大小及磁铁的间距可根据具体情况进行调整。

Claims (2)

1.一种提高双稳态悬臂梁压电发电装置发电能力的方法，其特征在于：双稳态悬臂梁压电发电装置包括第一保护层(1)、第二保护层(8)、基层(7)、第一压电层(3)、第二压电层(9)、引线(2)、电极(10)、质量块(4)、第一永久磁铁(5)、第二永久磁铁(6)；其实现方法包括如下，所述第一保护层(1)和第一压电层(3)紧紧粘贴在一起，第一压电层(3)和基层(7)末端分离，分离长度为第一压电层(3)总长度的1/3，第二保护层(8)和第二压电层(9)紧紧粘贴在一起，第二压电层(9)和基层(7)末端分离，分离长度为第二压电层(9)总长度的1/3；所述压电悬臂梁末端粘贴有一个质量块(4)，质量块(4)远离悬臂梁固定端一侧粘贴有第一永久磁铁(5)，和第一永久磁铁(5)相对放置的是第二永久磁铁(6)，第一永久磁铁(5)和第二永久磁铁(6)相互排斥放置；所述在第一压电层(3)和第二压电层(9)的两侧分别铺设电极(10)，引线(2)从电极(10)处引出；
第一压电层(3)、第二压电层(9)和基层(7)之间用石蜡绝缘处理，第一永久磁铁(5)和第二永久磁铁(6)面对齐放置，引线(2)从电极(10)处引出，电极(10)采用丝印银浆或铜浆。
2.根据权利要求1所述的一种提高双稳态悬臂梁压电发电装置发电能力的方法，其特征在于：所述第一永久磁铁(5)和第二永久磁铁(6)选用矩形钕铁硼永久磁铁。
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