CN107346949B - 压电猎能装置 - Google Patents
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Abstract
一种压电猎能装置，包括盒体、多个第一弧形金属支架以及多个弧形压电元件。盒体包括上盖、连接基座、缓冲件以及下盖，连接基座位于上盖与下盖之间，上盖藉由缓冲件与下盖可移动地连接。多个第一弧形金属支架位于盒体内，且设置于连接基座的一面。各弧形压电元件设置于各第一弧形金属支架上。当一外力施予盒体时，上盖压迫多个第一弧形金属支架形变，使多个弧形压电元件形变而产生一电力。
Description
技术领域
本发明涉及一种压电猎能装置，特别涉及一种具有多个弧形压电元件的压电猎能装置。
背景技术
猎能器为搜集周遭环境的能量并将其转为电能，供与其连接的电子设备使用的装置，比如太阳能板就是一种将光能转为电能的猎能器。就目前猎能科技的发展来说，猎能器产生的电力还无法供给耗电大的电子设备使用，但目前随着科技的蓬勃发展以及环保议题逐渐被重视，猎能器的发展面向与潜在技术仍有许多值得深入研究与开发的部分。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种具有多个弧形压电元件的压电猎能装置。
为达成上述的目的，本发明的压电猎能装置包括盒体、多个第一弧形金属支架以及多个弧形压电元件。盒体包括上盖、连接基座、缓冲件以及下盖，连接基座位于上盖与下盖之间，上盖藉由缓冲件与下盖可移动地连接。多个第一弧形金属支架位于盒体内，且设置于连接基座的一面。各弧形压电元件设置于各第一弧形金属支架上。当一外力施予盒体时，上盖压迫多个第一弧形金属支架形变，使多个弧形压电元件形变而产生一电力。
本发明的压电猎能装置将弧形压电元件设置于弧形金属支架上，当弧形金属支架受力变形带动弧形压电元件一并变形，利用压电效应将机械能转为电能。根据本发的一具体实施例，本发明的压电猎能装置可设置于鞋跟，藉由每次步行使用者足部对鞋跟产生的压迫让压电猎能装置产生电力。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1本发明的压电猎能装置的第一实施例的示意图；
图2a本发明的压电猎能装置的第一实施例的剖视图；
图2b本发明的压电猎能装置的第一实施例受外力压迫的剖视图；
图2c本发明的弧形压电元件30的示意图；
图3本发明的压电猎能装置的第二实施例的示意图；
图4a本发明的压电猎能装置的第二实施例的剖视图；
图4b本发明的压电猎能装置的第二实施例受外力压迫的剖视图；
图5本发明的压电猎能装置的第二实施例的使用状态示意图。
其中，附图标记
压电猎能装置1、1a 盒体10
上盖11 连接基座12
缓冲件13 下盖14
第一弧形金属支架20 弧形基板21、41
凸面211、411 凹面212、412
第一复位件22 弧形压电元件30
第一高度h1 第二高度h2
鞋子90 第二复位件42
具体实施方式
为能更了解本发明的技术内容，特举较佳具体实施例说明如下。以下请一并参考图1、图2a与图2b关于本发明的压电猎能装置的第一实施例的示意图、剖视图以及受外力压迫的剖视图。
如图1、图2a与图2b所示，本发明的压电猎能装置1包括盒体10、多个第一弧形金属支架20以及多个弧形压电元件30，其中多个第一弧形金属支架20位于盒体10内，且该些第一弧形金属支架整体成M型，各弧形压电元件30设置于各第一弧形金属支架20上，当一外力施予盒体10时，压迫多个第一弧形金属支架20形变，使多个弧形压电元件30形变因压电效应而产生一电力。在本实施例中，弧形压电元件30为d31模式的压电陶瓷。
如图1、图2a与图2b所示，在本实施例中，盒体10为矩形且包括上盖11、连接基座12、缓冲件13以及下盖14，其中连接基座12位于上盖11与下盖14的间，且多个第一弧形金属支架20设置于连接基座12的一面，上盖11藉由缓冲件13与下盖14可移动地连接，当外力施加于盒体10时，藉由缓冲件13做为缓冲，以减轻上盖11与下盖14间受到的冲击。在本实施例中，缓冲件13是弹簧，且在外力尚未压迫上盖11时，缓冲件13具有第一高度h1，但本发明不以此为限，缓冲件13也可以其他类型的缓冲件，比如：橡胶。在本实施例中，如图2a与图2b所示，当外力施予盒体10时，上盖11下移压迫缓冲件13，此时缓冲件13呈压缩状态，当外力解除时，藉由缓冲件13的弹性恢复力，缓冲件13恢复至第一高度h1，一并让上盖11恢复原本高度。
如图1、图2a与图2b所示，在本实施例中，各第一弧形金属支架20皆包括弧形基板21以及第一复位件22，其中第一复位件22的相对两端分别连接弧形基板21以及连接基座12，当外力未施予盒体10时，第一复位件22具有第二高度h2，其中第一高度h1大于第二高度h2，藉此提供第一弧形金属支架20足够的变形空间与移动行程。如图1、图2a与图2b所示，在本实施例中，弧形基板21包括凸面211以及凹面212，其中各弧形压电元件30分别设置于各第一弧形金属支架20的凸面211，各第一复位件22的相对两端分别连接凹面212以及连接基座12。
如图2b所示，当外力施予盒体10时，上盖11压迫弧形基板21以及第一复位件22形变，因为弧形基板21形变会一并带动设置于各弧形基板21上的各弧形压电元件30形变，藉由正压电效应，让多个弧形压电元件30变形的机械能转为电能，此时，可根据不同的使用需求，将个别弧形压电元件30以串联或并联方式电性连接，以便输出多个弧形压电元件30产生的电能。此外，矩形的上盖11能将外力平均传递并施加至各弧形压电元件30而产生同相位电压信号。以避免受外力时，施加于各弧形压电元件30的外力方向不一致，使各弧形压电元件30产生的电压信号有相位差(phase difference)，而产生互相抵消作用，而造成猎能(energy harvesting)效果不佳的情况发生。
以下请继续参考图2a与图2b，并一起参考图2c，其中图2c本发明的弧形压电元件30的示意图。
如图2c所示，弧形压电元件30的发电公式如下：Y为杨氏系数压电应变/电荷常数(d31方向)，L、W和T分别为弧形压电元件30的水平长度、宽度和厚度，为弧形压电元件30垂直变形高度。弧半径r、垂直变形高度与弧形压电元件30弧长的关系为：水平长度L与弧半径r的关系为：L＝2×rsinθ，其中L＝2×rsinθ。弧形压电元件30可视为等效电容，其电荷量为Q＝CV且电容系数其中为压电介电常数(d31方向)，其产生猎电能量为：
由上式可知，若考虑使用相同材料且宽度皆为w的弧形压电元件，则压电猎能装置1的猎电能量与成正比。而本发明使用多个弧形压电元件30的原因在于，在Δh不变的前提下，与水平长度为L的单一弧形压电元件相比，多个(n片)弧形压电元件30的水平长度则为使得多个(n片)弧形压电元件30的猎电能量为水平长度为L的单一弧形压电元件的n3倍再叠加n倍，故增加n4倍的猎能量。此外，若Δh不同，若欲水平长度为L的单一弧形压电元件获得与多个(n片)弧形压电元件30的相同的猎电能量，则单一片弧形压电元件的高度位移要设计为倍于多个(n片)弧形压电元件。但是提高高度，对于盒体10设计以及空间利用上不甚便利。据此，使用多个弧形压电元件30所获得的整体猎电能量或对于盒体10设计上，均较单一弧形压电元件较佳。
以下请一并参考图3、图4a与图4b关于本发明的压电猎能装置的第二实施例的示意图、剖视图以及受外力压迫的剖视图。
如图3、图4a与图4b所示，在本实施例中，压电猎能装置1a更包括多个第二弧形金属支架40，且连接基座12包括上表面121以及下表面122，其中多个第一弧形金属支架20设置于上表面121，多个第二弧形金属支架40设置于下表面122，且各弧形压电元件30位于各第二弧形金属支架40上。此外，各第二弧形金属支架40皆包括弧形基板41以及第二复位件42，第二复位件42的相对两端分别连接各第二弧形金属支架40的弧形基板41以及下表面122。而各第一弧形金属支架20的第一复位件22的相对两端分别连接各第一弧形金属支架20的弧形基板21以及上表面121。
如图3、图4a与图4b所示，各第二弧形金属支架40的弧形基板41包括凸面411以及凹面412，其中各弧形压电元件30设置于凸面411，且各第二弧形金属支架40的第二复位件42的相对两端分别连接凹面412以及下表面122。在此需注意的是，各弧形压电元件30以及各第二弧形金属支架40的形变方式与第一实施例相同，故不再赘述，请参考相关段落。本发明使用第二弧形金属支架40，相较于使用多个第一弧形金属支架20，可装设两倍多个弧形压电元件30。在不受限制的前提下，则使用第二弧形金属支架40可提高压电猎能装置1a的猎电能量。
以下请参考图5，关于本发明的压电猎能装置的第二实施例的使用状态示意图。如图5所示，本发明的压电猎能装置1a的一具体应用为鞋子90的鞋跟，藉由每次步行使用者足部对鞋跟(压电猎能装置1a)产生的压迫让弧形压电元件30形变而产生电力。在此须注意的是，压电猎能装置1也可做为鞋跟使用，图5所示仅为举例说明而已。
本发明的压电猎能装置1、1a采用多个弧形压电元件30不仅可以提高猎能效率，且压电猎能装置1、1a的尺寸可根据使用需求设计，就算在空间受限的鞋跟内，仍可藉由将弧形压电元件30设置于弧形金属支架20、40的结构，当弧形金属支架20、40受力变形带动弧形压电元件30一并变形，利用压电效应将机械能转为电能。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种压电猎能装置，其特征在于，包括：
一盒体，包括一上盖、一连接基座、一缓冲件以及一下盖，其中该连接基座位于该上盖与该下盖之间，该上盖藉由该缓冲件与该下盖能够移动地连接；
多个第一弧形金属支架，位于该盒体内，且设置于该连接基座的一面，各该第一弧形金属支架皆包括一弧形基板以及一第一复位件，该弧形基板包括一凸面以及一凹面，该第一复位件的相对两端分别连接该凹面以及该连接基座，且该些第一弧形金属支架整体成M型；以及
多个弧形压电元件，各该弧形压电元件设置于设置于各该凸面，其中当一外力施予该盒体时，该上盖压迫该多个第一弧形金属支架形变，带动该多个弧形压电元件形变而产生一电力。
2.根据权利要求1所述的压电猎能装置，其特征在于，当该外力未施予该盒体时，该缓冲件具有一第一高度，各该第一复位件具有一第二高度，其中该第一高度大于该第二高度。
3.根据权利要求2所述的压电猎能装置，其特征在于，当该外力解除时，藉由各该第一复位件的弹性恢复力，使各该弧形基板复位。
4.根据权利要求3所述的压电猎能装置，其特征在于，该第一复位件为弹簧或橡胶。
5.根据权利要求1所述的压电猎能装置，其特征在于，更包括多个第二弧形金属支架，该连接基座包括一上表面以及一下表面，其中该多个第一弧形金属支架设置于该上表面，该多个第二弧形金属支架设置于该下表面，且各该弧形压电元件位于各该第二弧形金属支架上。
6.根据权利要求5所述的压电猎能装置，其特征在于，该第一复位件的相对两端分别连接该弧形基板以及该上表面，各该第二弧形金属支架皆包括一弧形基板以及一第二复位件，该第二复位件的相对两端分别连接该弧形基板以及该下表面。
7.根据权利要求6所述的压电猎能装置，其特征在于，该弧形基板包括一凸面以及一凹面，其中各该弧形压电元件设置于该凸面，该第二复位件的相对两端分别连接该凹面以及该下表面。
8.根据权利要求7所述的压电猎能装置，其特征在于，当该外力未施予该盒体时，各该第二复位件具有一第二高度，当该外力解除时，藉由各该复位件的弹性恢复力，使各该弧形基板复位。
9.根据权利要求1所述的压电猎能装置，其特征在于，该压电猎能装置设置于一鞋子的鞋跟。
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