CN108365775A - 一种多方向振动压电能量收集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多方向振动压电能量收集装置，包括固定装置、振动质量块、四个压电振子及储能元件，振动质量块通过弹簧安装在固定装置的底板上或/和顶板上；所述的压电振子呈T形或L形，压电振子的竖梁和横梁上分别设有压电片，压电片在每根竖梁和横梁的所固定处根部设置；四个压电振子的横梁分别通过紧固夹具与振动质量块连接，四个压电振子位于振动质量块外侧；压电振子的压电片通过导线与储能元件连接。本发明设有的固定装置中的弹簧可对环境中的振动进行放大，提高了本发明对环境中振动的敏感性；本发明的压电振子可收集到x、y、z三个方向上的振动能，对于环境中振动复杂的情况，也可较好的吸收能量，并将之转化为电能加以利用。

Description

一种多方向振动压电能量收集装置
技术领域
本发明属于能量回收利用技术领域，具体是涉及一种多方向振动压电能量收集装置。
背景技术
利用环境中的能量为便携式微功率电器及无线电传感器等设备提供实时的电能已经成为国际上的一个研究热点。其中压电俘能装置由于其具有结构简单，易于制作成各种所需的尺寸和形状，便于与微系统集成和置于微机电系统的内部等优点，而得到广泛的应用。但是实际环境中的振动方向具有不确定性，振动方向各异，传统的压电俘能装置仅能俘获单个方向上的振动能，限制了压电俘能装置应用。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单，对环境中的振动敏感，且能够俘获多方向振动所产生的振动能的多方向振动压电能量收集装置。
本发明采用的技术方案是：一种多方向振动压电能量收集装置，包括固定装置、振动质量块、四个压电振子及储能元件，所述的振动质量块通过弹簧与固定装置的底板上或/和顶板相连接，四个压电振子位于固定装置内振动质量块外侧；所述的压电振子呈T形或L形，压电振子的竖梁和横梁上分别设有压电片，压电片在每根竖梁和横梁的所固定处根部设置；四个压电振子的横梁块分别通过紧固夹具与振动质量块连接；压电振子的压电片通过导线与储能元件连接。
上述的多方向振动压电能量收集装置中，所述压电振子包括主金属基板、辅助金属基板、金属质量块与导线；主金属基板的一端与主金属质量块连接，另一端与振动质量块通过紧固夹具连接；所述的辅助金属基板插装在主金属质量块的滑槽中，通过紧固螺钉进行固定，辅助金属基板垂直于主金属基板设置；辅助金属基板的两端分别设有一个辅助金属质量块；主金属基板与振动质量块连接处以及辅助金属基板上靠近主金属质量块处分别粘贴有压电片，导线焊接在压电片表面，导线与储能元件连接。
上述的多方向振动压电能量收集装置中，所述四个压电振子以振动质量块的中心为圆心沿圆周方向均匀布置。
上述的多方向振动压电能量收集装置中，所述固定装置包括圆柱筒壳及圆形顶盖；圆形顶盖安装在圆柱筒壳的上端，圆形顶盖和圆柱筒壳底板上分别设有一个弹簧支座，振动质量块上端面与下端面上分别设有一个弹簧支座，振动质量块上端面的弹簧支座与圆形顶盖的弹簧支座之间通过弹簧连接，振动质量块下端面的弹簧支座与圆柱筒壳底板上的弹簧支座之间通过弹簧连接。
上述的多方向振动压电能量收集装置中，所述的压电片采用的材料为聚偏氟乙烯。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设有的固定装置中的弹簧可对环境中的振动进行放大，提高了本发明的压电装置对环境中振动的敏感性；本发明的压电振子可收集到x、y、z三个方向上的振动能，对于环境中振动复杂的情况，也可较好的吸收能量，并将之转化为电能加以利用。
附图说明
图1是本发明的等轴测视图。
图2是本发明的剖视图。
图3是本发明的压电振子的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明包括固定装置、振动质量块及四个压电振子。如图1、2所示，所述的固定装置本体包括圆柱筒壳1与圆形顶盖12；圆形顶盖12安装在圆柱筒壳1的顶部。所述的圆柱筒壳1底板上及圆形顶盖12上分别设有一个弹簧支座10。所述的振动质量块8的上端面和下端面上分别设有一个弹簧支座10，振动质量块8的上端面的弹簧支座与圆形顶盖12上的弹簧支座之间通过弹簧9连接，振动质量块8的下端面的弹簧支座与圆柱筒壳1底板上的弹簧支座之间通过弹簧9连接。振动质量块8与弹簧9组成的振动系统可以对环境中的振动进行放大，同时也可以调节本发明的固有频率，使之与环境中的振动频率相匹配。
如图3所示，所述的压电振子包括主金属基板3、主金属质量块4、辅助金属基板5、辅助金属质量块6。主金属基板3的一端与振动质量块通过紧固夹具7连接，另一端与主金属质量4块连接；所述的辅助金属基板5插装在主金属质量块4的滑槽中，通过紧固螺钉进行固定，辅助金属基板5垂直于主金属基板3设置，与主金属基板3构成T形结构（也可以构成L形结构）；辅助金属基板5的两端分别设有一个辅助金属质量块6。主金属基板3及辅助金属基板5上靠近主金属质量块4处分别粘贴有压电片2和压电片11，压电片2和压电片11表面焊接有导线，导线与储能元件连接。主金属质量块4与辅助金属质量块6可降低压电振子的固有频率，使之与环境中振动的频率相匹配。
如图2所示，所述的四个压电振子以振动质量块8的中心为圆心沿圆周方向均匀布置，提高了对振动的利用率，提高了发电效率。所述的压电片2和压电片11采用的材料为聚偏氟乙烯（PVDF），PVDF具有良好的柔韧性，适用于交变载荷的场合，同时PVDF的寿命很长，可适用于长期的俘能装置中。
本发明使用时，当环境中的振动方向为x方向时，与x方向垂直的两个辅助金属基板对振动进行响应并俘获能量，同时，由于辅助金属基板的长度与末端质量块大小不同，产生不同的弯矩，使主金属基板3产生扭转，也可以俘获振动产生的能量。当环境中的振动方向为y方向时，与y方向垂直的两个辅助金属基板对振动进行响应并俘获能量，由于辅助金属基板的长度与末端质量块的大小不同，使主金属基板3产生弯曲，使压电片2产生电势差，俘获振动产生的能量。当环境中的振动方向为z方向时，主金属基板3对振动进行响应并俘获能量，故该特殊压电振子可俘获x，y，z三个方向上的振动能。本发明可对振动进行放大，提高了振幅与振动加速度，同时又可在振动环境复杂的情况下对能量进行俘获，提高了俘能效率。

Claims (5)

1.一种多方向振动压电能量收集装置，其特征是：包括固定装置、振动质量块、四个压电振子及储能元件，所述的振动质量块通过弹簧安装在固定装置的底板上或/和顶板上，四个压电振子位于固定装置内振动质量块外侧；所述的压电振子呈T形或L形，压电振子的竖梁和横梁上分别设有压电片，压电片在每根竖梁和横梁的所固定处根部设置；四个压电振子的横梁分别通过紧固夹具与振动质量块连接；压电振子的压电片通过导线与储能元件连接。
2.根据权利要求1所述的多方向振动压电能量收集装置，其特征是：所述压电振子包括主金属基板、辅助金属基板、金属质量块与导线；主金属基板的一端与振动质量块通过紧固夹具连接，另一端与主金属质量块连接；所述的辅助金属基板插装在主金属质量块的滑槽中，通过紧固螺钉进行固定，辅助金属基板垂直于主金属基板设置；辅助金属基板的两端分别设有一个辅助金属质量块；主金属基板与振动质量块连接处以及辅助金属基板上靠近主金属质量块处分别粘贴有压电片，导线焊接在压电片表面，导线与储能元件连接。
3.根据权利要求2所述的多方向振动压电能量收集装置，其特征是：所述四个压电振子以振动质量块的中心为圆心沿圆周方向均匀布置。
4.根据权利要求1所述的多方向振动压电能量收集装置，其特征是：所述固定装置包括圆柱筒壳及圆形顶盖；圆形顶盖安装在圆柱筒壳的上端，圆形顶盖和圆柱筒壳底板上分别设有一个弹簧支座，振动质量块上端面与下端面上分别设有一个弹簧支座，振动质量块上端面的弹簧支座与圆形顶盖的弹簧支座之间通过弹簧连接，振动质量块下端面的弹簧支座与圆柱筒壳底板上的弹簧支座之间通过弹簧连接。
5.根据权利要求2所述的多方向振动压电能量收集装置，其特征是：所述的压电片采用的材料为聚偏氟乙烯。
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