CN104283459B - 压电发电装置 - Google Patents

Abstract

一种压电发电装置不管部件尺寸如何均能使用，并且在多个悬臂串联连接时通过设置彼此相对的悬臂的自由端，能够将质量体的重心定位在中心处。该压电发电装置是变体结构悬臂压电发电装置，其具有被配置为具有彼此相对的自由端的至少两个悬臂和用于弯曲悬臂的一体的质量体。

Description

压电发电装置

技术领域

本发明涉及一种将机械能转换成电能的压电发电装置。

背景技术

一般情况下，压电发电装置(piezoelectric power generator)是利用压电效应用于将外部机械能(例如，风、设备的振动和人的动作)转换成电能的发电装置。

显示压电效应的压电器件是脆弱的，并因此受到外部机械能的影响。由于压电元件脆弱，压电器件被制造为具有通过一体地接合高弹性基板(例如，金属或塑料)而形成的变体结构(morph structure、模态结构)的悬臂(cantilever)，以防止在用外力使压电器件变形时，压电器件损坏。

图1(现有技术)概念性地示出被制造为变体结构悬臂的压电发电装置的一个例子。

图1中，附图标记12和14表示压电器件，20表示用于防止压电器件12和14损坏的基板，30表示通过将压电器件与基板接合而形成的悬臂，40表示与外力对应地通过诱导弯曲而引起压电器件12和14的变形的质量体(mass)。在下文中，悬臂被定义为压电器件与基板接合(bond)的结构。

在这样的压电发电装置中，根据如上所述的基板20周围的压电器件的数量，变体结构可分为单变体(mono morph、uni-morph、单模态)和双变体(bi-morph、双模态)(如图1所示)。

变体结构悬臂是压电器件中最典型的结构。

当外力施加到压电器件12和14与基板接合的变体结构悬臂时，如图1所示，由压电效应产生交流(AC)电。所产生的交流电由整流电路转换成直流(DC)电，然后被充电至高容量电容器或电池中，使得其能够在需要时被使用。

对于一个普通的变体结构悬臂，压电器件通过固定一端并在另一端安装质量体，然后相对于外力诱导悬臂弯曲而引起变形。

尤其是，在本发明的示例性实施例的压电发电模块的变体结构悬臂中，可以通过在自由端安装质量体而增加外力导致的弯曲。可以通过增加质量体的重量，增加变体结构悬臂的弯曲，这样相应的压电器件的大变形可以增加发电量。

然而，质量体的重量的增加会导致压电发电模块的高度增加，所以限制了质量体的重量的增加。

尤其是，在本发明的示例性实施例中为了增加压电发电模块的发电量而增加质量体的重量时，质量体的尺寸和高度增加，而且质量体高度的增加意味着压电发电装置的整体尺寸和高度增加。如上所述，随着压电发电装置的尺寸和高度增加，压电发电装置因为空间的限制难以用作小部件(例如，TPMS(Tire Pressure Monitoring System：轮胎压力监控系统))的发电装置。

另一方面，可以通过并联连接发电装置来增加压电发电装置的发电量，这可能存在一个问题，即当悬臂的自由端被配置在相同方向时，发电模块的重心被偏置到一侧，也就是质量体被偏置到自由端，因此所产生的电压是不稳定的。

背景技术章节用于帮助理解本发明的背景技术，并且可能包含本领域技术人员公知的现有技术之外的内容。

在背景技术部分公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此它可能包含不构成本国本领域技术人员所已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明提供一种压电发电装置，其优点在于能够容易地使用，而不需考虑使用压电发电装置的部件的尺寸，并在串联多个悬臂时通过设置彼此相对的悬臂的自由端来将质量体的重心定位在中心处。

本发明的一示例性实施例提供一种变体结构悬臂压电发电装置，其可包括设置为自由端彼此相对的至少两个悬臂和设置用于使悬臂弯曲的一体的质量体。

压电发电装置还可以包括自由端支承件，该自由端支承件设置在质量体上以便支承上述自由端，而且该自由端支承件呈环形，从而在悬臂弯曲时，上述自由端可移动地支承在上述质量体上。

自由端支承件可以通过螺栓或粘合剂固定到上述质量体上。

压电发电装置还可以包括固定端支承件，该固定端支承件固定悬臂的固定端，该固定端可以通过螺栓或粘合剂固定到上述固定端支承件。

上述质量体可堆叠为至少两层。

上述悬臂可以电并联连接。

堆叠为至少两层或更多层的质量体可以电并联连接。

上述质量体可以呈对称形状，如盘形和矩形。

如上所述，根据本发明的示例性实施例，压电发电装置可以很容易地使用，而不需要考虑使用该压电发电装置的部件的尺寸。

此外，根据本发明的示例性实施例，通过连接压电发电装置的多个悬臂使得悬臂的自由端彼此相对，能够将质量体的重心定位在中心处，因此能够稳定和有效地产生电能。

附图说明

图1(现有技术)是一种常见的变体结构悬臂压电发电装置的概念示意图。

图2是本发明的一示例性实施例的压电发电装置的分解透视图。

图3是示出本发明的一示例性实施例的压电发电装置的悬臂的自由端支承件的形状的示意图。

图4是本发明的一示例性实施例的具有单层结构的压电发电装置的外观的示意图。

图5是本发明的一示例性实施例的具有多层结构的压电发电装置的外观的示意图。

图6是示出本发明的一示例性实施例的压电发电装置的操作的概念图。

具体实施方式

在下文中，参照示出本发明的示例性实施例的附图，更全面地描述本发明。本发明可以以各种方式来实现，而并不限于本文中描述的示例性实施例。

为了描述清楚，未示出与示例性实施例无关的部件的描述，在说明书全文中，相同的附图标记表示相同的元件。

而且，在下面的示例性实施例中，具有相同结构的部件用相同的附图标记表示并且在第一示例性实施例中描述，在其它示例性实施例中只描述与第一示例性实施例不同的其他结构。为了便于描述，结构的尺寸和厚度在图中选择性地示出，本发明并不受限于附图。

在附图中为使压电发电装置的结构清晰，放大了厚度。另外，在附图中，为了便于描述，夸大了一些厚度和尺寸。

在本说明书全文中，除非明确相反地描述，“包括”任何部件应被理解为暗示包括其它部件，而不是排除任何其他组件。

本文使用的术语仅仅是为了说明示例性实施方式的目的而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种(a、an和the)”也意在包括复数形式，除非上下文中清楚指明。还可以理解的是，在说明书中使用的术语“包括(comprises和/或comprising)”是指存在所述特征、整数(Integer，整体)、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。

在下文中，参照图2至图6对本发明的示例性实施例的压电发电装置进行详细描述。

图2是本发明的示例性实施例的压电发电装置的分解透视图，图4是本发明的示例性实施例的具有单层结构的压电发电装置的外观的透视图。

本发明的一示例性实施例的压电发电装置是这样一种压电发电装置，其中悬臂的自由端被配置为彼此相对从而在有限的空间内产生最大发电量。

本发明的一示例性实施例的压电发电装置是一种变体结构悬臂压电发电装置，其可以包括：配置为悬臂的自由端彼此相对的两个或更多的悬臂200a和200b；和用于弯曲悬臂200a和200b的一体的质量体100。

质量体100优选为盘形体，但应理解，本发明的范围并不限于此。考虑到设计需要，质量体100可以形成为矩形和六边形，而不是盘形。

悬臂200a和200b具有与悬臂个数对应的槽，使得悬臂按一定间隔配置，而不干扰弯曲。

尽管图2示出了两个悬臂，但应理解，本发明的范围并不限于此。具体而言，尽管在本发明的示例性实施例中可以设置两个或更多悬臂(即，至少两个悬臂)，但在本文中为了描述方便，假定了设置有两个悬臂。

悬臂的自由端202a和202b由自由端支承件300a和300b可移动地支承在质量体100上。

具体而言，如图3所示，悬臂的自由端202a和202b能够在箭头方向上从呈弯曲的环形的自由端支承件300a和300b移动。

尽管自由端支承件300a和300b在图2和图3中是弯曲的，但应理解，本发明的范围并不限于此。自由端支承件300a和300b可以形成为各种形状，如曲线形(curved shape)和圆形(rounded shape)。

如图所示，自由端支承件300a和300b可以通过螺栓固定到质量体100上。又或者，自由端支承件300a和300b考虑到设计需要可以通过粘合剂接合到质量体100。

如图2所示，被自由端支承件300a和300b支承的悬臂自由端202a和202b配置为彼此相对。此外，随着质量体100移动，如图6所示，质量体100的重心移动到中心处，这样压电发电装置可以稳定地发电。

悬臂的固定端204a和204b由固定端支承件400a和400b固定。只要固定端支承件400a和400b能够固定和支承悬臂200a和200b的固定端204a和204b，本发明的范围就可以应用到固定端支承件400a和400b中，而无需考虑形式、形状和结构。

如图所示，悬臂固定端204a和204b可以通过螺栓固定到固定端400a和400b。此外，悬臂固定端204a和204b考虑到设计需要可以通过粘合剂固定到固定端400a和400b。

很明显，如图2和图4所示的两个悬臂可以电并联连接并输出所需电能。

图5是本发明的一示例性的实施例具有多层结构的压电发电装置的外观的示意图。

图5所示的具有多层结构的压电发电装置具有这样一种结构，其中图2和图4中示出的压电发电装置堆叠为两层。这种结构可以通过在固定端支承件上将悬臂固定端固定为两层，很容易实现，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。

对本领域技术人员来说显而易见的是，图5所示的多层结构的质量体中的悬臂可以电并联连接并输出所需电能。

本发明的示例性实施例的具有上述结构的压电发电装置的操作如下。

例如，当机械能(例如，设备的振动)被施加到作为本发明的示例性实施例的压电发电装置的质量体100的盘形体(disk)时，如图6所示，通过盘形体的垂直振动，悬臂200a，b从盘形质量体100在相反方向弯曲，因此，在压电装置中产生电能。

虽然本发明已经结合目前认为是实用的示例性实施例的实施例进行了描述，但是应当理解，本发明并不限于所公开的实施例，恰恰相反，本发明意在覆盖被包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同配置。

Claims (7)

1.一种变体结构悬臂压电发电装置，其特征在于，包括：

自由端彼此相对的至少两个悬臂；

设置用于使所述悬臂弯曲的一体的质量体，和

自由端支承件，所述自由端支承件设置在所述质量体上，以便支承所述自由端，并且所述自由端支承件呈环形，使得在所述悬臂弯曲时，所述自由端在所述悬臂的长度方向上可移动地支承在所述质量体上，

其中所述质量体具有与悬臂个数对应的槽，使得悬臂按一定间隔配置，而不干扰弯曲。

2.根据权利要求1所述的压电发电装置，其特征在于：

所述自由端支承件通过螺栓或粘合剂固定到所述质量体上。

3.根据权利要求1所述的压电发电装置，其特征在于，所述压电发电装置还包括：

固定端支承件，所述固定端支承件固定所述悬臂的固定端，

其中所述固定端通过螺栓或粘合剂固定到所述固定端支承件。

4.根据权利要求1所述的压电发电装置，其特征在于：

所述质量体堆叠为至少两层。

5.根据权利要求1所述的压电发电装置，其特征在于：

所述悬臂被电并联连接。

6.根据权利要求4所述的压电发电装置，其特征在于：

堆叠为至少两层的所述质量体被电并联连接。

7.根据权利要求1所述的压电发电装置，其特征在于：

所述质量体呈包括盘形和矩形的对称形状。