CN108400723B - 一种冲击式多方向压电发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种冲击式多方向压电发电装置，包括用于支撑和安装的框架、柔性铰链、压电梁、质量块。其中，框架通过柔性铰链与压电梁相连，相邻压电梁通过柔性铰链彼此相连，质量块位于各个压电梁中间且可以自由滚动。所述压电梁由铍青铜弹性基片和PVDF压电薄膜组成。此压电发电装置可以敏感外界环境中任意方向的振动，在质量块的冲击作用力下，实现压电发电装置的机电能量转换，解决了现有压电振动发电装置在某些方向外界环境激励下收集不到振动能量的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及新型能源和电子技术领域，特别是涉及一种冲击式多方向压电发电装置。
背景技术
近年来，随着社会经济的高速发展，对能源的需求日益剧增，环境污染和能源短缺成为困扰世界各国的一个共同难题，为此，各国科技工作者不断进行着新型能源的寻找和探索，比如太阳能、风能、波浪能等。振动作为日常生活中的常见现象，由于其具有较高的能量密度，其潜在的能量价值已引起越来越多的研究者的关注。目前，用于实现振动发电的装置主要有压电式、电磁式和静电式三种。压电式振动发电装置以其结构简单、不发热、无电磁干扰及易于微型化等诸多优点而成为目前的研究热点。对于压电式振动发电装置，理论上其供电寿命仅取决于组成振动发电装置的各元器件的寿命，清洁环保，是一种典型的“绿色”能源技术。
基于此，目前出现了各种各样的压电式振动发电装置，如悬臂梁结构、Cymbal结构、叠堆形结构等。纵观压电式振动发电技术的研究现状，上述振动发电装置主要是单方向、单谐振频率的，其使用场合对振动环境的选择性很强，在存在各种方向的振动且振动频率在一定范围内变化的环境下，上述压电振动发电装置的发电能力将非常有限，限制了其大众化的推广使用。考虑到外界环境中丰富的振动能资源及振动源振动过程的随机性，如何实现压电振动发电装置的多方向性发电将是压电发电技术领域一个非常值得研究的方向。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明提供一种冲击式多方向压电发电装置，本发明装置可以敏感外界环境中任意方向的振动，在质量块的冲击作用力下，实现压电振动发电装置的机电能量转换，解决了现有压电振动发电装置在某些方向外界环境激励下收集不到振动能量的缺陷，为达此目的，本发明提供一种冲击式多方向压电发电装置，包括用于支撑和安装的框架、柔性铰链、压电梁和质量块，所述框架内有四个压电梁，所述框架通过柔性铰链与压电梁相连，相邻压电梁通过柔性铰链彼此相连，所述质量块位于各个压电梁形成结构中间并自由滚动并对压电梁进行冲击。
本发明的进一步改进，所述压电梁由铍青铜弹性基片和PVDF压电薄膜组成，本发明压电梁主要采用铍青铜弹性基片和PVDF压电薄膜制成，以实现弹性弯曲变形。
本发明的进一步改进，所述压电梁通过电学串联或者电学并联后与后续充电控制电路连接，本发明串联和并联电路均可以使用具体根据实际需要。
本发明的进一步改进，本发明框架为立方体形状，框架主要采用立方体形状。
本发明的进一步改进，本发明柔性铰链的数量为8个，铰链数量一般为8个。
本发明的进一步改进，本发明柔性铰链为正圆柔性铰链，且采用弹性金属材料制作。
本发明的进一步改进，本发明质量块为圆球状，质量块主要采用球形结构。
本发明一种冲击式多方向压电发电装置，包括用于支撑和安装的框架、柔性铰链、压电梁、质量块。其中，框架通过柔性铰链与压电梁相连，相邻压电梁通过柔性铰链彼此相连，质量块位于各个压电梁中间且可以自由滚动。所述压电梁由铍青铜弹性基片和PVDF压电薄膜组成。此压电发电装置可以敏感外界环境中任意方向的振动，在质量块的冲击作用力下，实现压电发电装置的机电能量转换，解决了现有压电振动发电装置在某些方向外界环境激励下收集不到振动能量的缺陷。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明压电梁的结构示意图。
具体部件如下：
1、框架； 2、柔性铰链；3、压电梁；31、铍青铜弹性基片；32、PVDF压电薄膜；4、质量块。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明提供一种冲击式多方向压电发电装置，本发明装置可以敏感外界环境中任意方向的振动，在质量块的冲击作用力下，实现压电振动发电装置的机电能量转换，解决了现有压电振动发电装置在某些方向外界环境激励下收集不到振动能量的缺陷。
结合图1和图2所示，本发明提供一种冲击式多方向压电发电装置，包括用于支撑和安装的框架1、柔性铰链2、压电梁3、质量块4，下面分别介绍。
框架1通过柔性铰链2与压电梁3相连，相邻压电梁3通过柔性铰链2彼此相连，质量块4位于各个压电梁3中间且可以自由滚动。所述压电梁3由铍青铜弹性基片31和PVDF压电薄膜32组成。所述多个压电梁3可通过电学串联或者电学并联后与后续充电控制电路连接。所述框架1为立方体形状。所述柔性铰链2的数量为8个。所述柔性铰链2为正圆柔性铰链，且采用弹性金属材料制作。所述质量块4为圆球状。
本实施例在工作时，在任意方向的环境振动作用下，冲击式多方向压电发电装置将产生受迫振动。其中，柔性铰链2可视为弹性元件，框架1和压电梁3可视为刚体，故冲击式多方向压电发电装置为多体振动系统，在外界环境振动作用下，更容易产生较大的振幅。与此同时，质量块4在环境振动作用下，将会沿相应的方向产生受迫振动，受到质量块4的冲击力作用，压电梁3会产生相应的弯曲变形，实现机械振动能到电能的转换。显然，不论环境振动方向如何变化，质量块4都将会沿相应的方向产生受迫振动，也即压电发电装置对任意方向的环境振动都是敏感的，最终都会导致压电发电装置实现机电能量转换。
综上所述，本发明提出的一种冲击式多方向压电发电装置，可以敏感环境中任意振动方向振动源的振动，在框架1、柔性铰链2、压电梁3、质量块4的共同作用下，实现机械振动能到电能的转换，装置结构简单，成本低，实用性强。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。
Claims (7)
1.一种冲击式多方向压电发电装置，包括用于支撑和安装的框架（1）、柔性铰链（2）、压电梁（3）和质量块（4），其特征在于：所述框架（1）内有四个压电梁（3），所述框架（1）通过柔性铰链（2）与压电梁（3）相连，相邻压电梁（3）通过柔性铰链（2）彼此相连，且相互呈垂直状态，所述质量块（4）位于各个压电梁（3）形成结构中间并自由滚动并对压电梁（3）进行冲击。
2.根据权利要求1所述的一种冲击式多方向压电发电装置，其特征在于：所述压电梁（3）由铍青铜弹性基片（31）和PVDF压电薄膜（32）组成。
3.根据权利要求1所述的一种冲击式多方向压电发电装置，其特征在于：所述压电梁（3）通过电学串联或者电学并联后与后续充电控制电路连接。
4.根据权利要求1所述的一种冲击式多方向压电发电装置，其特征在于：所述框架（1）为立方体形状。
5.根据权利要求1所述的一种冲击式多方向压电发电装置，其特征在于：所述柔性铰链（2）的数量为8个。
6.根据权利要求1所述的一种冲击式多方向压电发电装置，其特征在于：所述柔性铰链（2）为正圆柔性铰链，所述正圆柔性铰链材质为弹性金属材料。
7.根据权利要求1所述的一种冲击式多方向压电发电装置，其特征在于：所述质量块（4）为圆球状。
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