CN108512461A - 一种球形多方向压电发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种球形多方向压电发电装置，包括多个相同的质量块和多个相同的压电梁。相邻的质量块之间彼此通过压电梁相连接；所述压电梁均由外侧PVDF压电薄膜、铍青铜弹性基片和内侧PVDF压电薄膜组成；所述质量快上开设多个凹槽，压电梁中的铍青铜弹性基片嵌入凹槽中实现与质量块相连接。此装置可以敏感外界环境中任意方向的环境振动，进而实现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，特别是涉及一种球形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，并由此而造成的环境恶化和能源危机逐渐开始影响社会经济发展和人们日常生活。迫于此压力，各国科技工作者开始了寻找和开发新型能源的探索，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。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。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。
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，本发明提供一种球形多方向压电发电装置，本发明装置将外界环境中的振动作用转换为装置中压电梁的弯曲振动，进而实现发电，同时，压电发电装置特殊的球形结构，其更容易敏感不同方向环境振动源的振动，使用方便，可扩展性强，为达此目的，本发明提供一种球形多方向压电发电装置，包括至少6个相同的质量块和6个相同的压电梁，相邻的质量块之间彼此通过压电梁相连接整体形成球形，所述压电梁均由外侧PVDF压电薄膜、铍青铜弹性基片和内侧PVDF压电薄膜组成，所述质量块上开设至少2个凹槽，所述压电梁中的铍青铜弹性基片嵌入凹槽中实现与质量块相连接。
本发明的进一步改进，所述质量块的数量为10个；所述压电梁的数量为20个，以上为本申请常用案例中质量块和压电梁的数量。
本发明的进一步改进，所述外侧PVDF压电薄膜和内侧PVDF压电薄膜为矩形形状，且沿厚度方向极化；所述铍青铜弹性基片为矩形形状，压电薄膜主要采用矩形。
本发明的进一步改进，所述质量块为立方体形状或者圆球状，且采用密度较大的金属材料制作。
本发明的进一步改进，所述质量块的数量和压电梁的数量根据需要可以分别增加至M个和N个，且M≥10，N≥20，数量可以根据需要进行确定。
本发明的进一步改进，所述外侧PVDF压电薄膜和内侧PVDF压电薄膜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。
本发明一种球形多方向压电发电装置，包括多个相同的质量块和多个相同的压电梁。相邻的质量块之间彼此通过压电梁相连接；所述压电梁均由外侧PVDF压电薄膜、铍青铜弹性基片和内侧PVDF压电薄膜组成；所述质量快上开设多个凹槽，压电梁中的铍青铜弹性基片嵌入凹槽中实现与质量块相连接。此装置可以敏感外界环境中任意方向的环境振动，进而实现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是本发明中质量块的凹槽的结构示意图；
图3是本发明中压电梁的结构示意图；
具体部件如下：
1、质量块；11、凹槽；2、压电梁；21、外侧PVDF压电薄膜；22、铍青铜弹性基片； 23、内侧PVDF压电薄膜。
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：
本发明提供一种球形多方向压电发电装置，本发明装置将外界环境中的振动作用转换为装置中压电梁的弯曲振动，进而实现发电，同时，压电发电装置特殊的球形结构，其更容易敏感不同方向环境振动源的振动，使用方便，可扩展性强。
结合图1、图2和图3所示，本发明提供一种球形多方向压电发电装置，包括多个相同的质量块1和多个相同的压电梁2，下面分别介绍。
相邻的质量块1之间彼此通过压电梁2相连接；配合图2所示，本实施例中的压电梁2均由外侧PVDF压电薄膜21、铍青铜弹性基片22和内侧PVDF压电薄膜23组成，其中，外侧PVDF压电薄膜21和内侧PVDF压电薄膜23分别同向贴附于铍青铜弹性基片22的外表面和内表面，用以借助正压电效应将机械能转化为电能；配合图1所示，本实施例中的质量块1上开设多个凹槽11，压电梁2中的铍青铜弹性基片22嵌入凹槽11中实现与质量块1相连接。所述质量块1的数量为10个；所述压电梁2的数量为20个。所述外侧PVDF压电薄膜21和内侧PVDF压电薄膜23为矩形形状，且沿厚度方向极化；所述铍青铜弹性基片22为矩形形状。所述质量块1为立方体形状或者圆球状，且采用密度较大的金属材料制作。所述质量块1的数量和压电梁2的数量根据需要可以分别增加至M个和N个，且M≥10，N≥20。所述质量块1的大小可以不相同。所述压电梁2的尺寸可以不相同。所述外侧PVDF压电薄膜21和内侧PVDF压电薄膜23通过电学串联或者电学并联后与后续充电控制电路连接。
本实施例在工作时，将压电发电装置置于外界自然振动环境中，环境中的振动作用将导致装置中的压电梁2产生弯曲变形，从而使得粘贴在铍青铜弹性基片22上的外侧PVDF压电薄膜21和内侧PVDF压电薄膜23产生应力和应变的变化，根据压电材料的正压电效应，在外侧PVDF压电薄膜21和内侧PVDF压电薄膜23的正负电极面上产生正、负相反的电荷，即实现了由机械能到电能的转换，由于PVDF压电薄膜的柔韧性好，因此压电发电装置可以产生较大的形变，而且压电发电装置由多个质量块1和多个压电梁2彼此连接组成，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，值得注意的是，压电发电装置特殊的球形结构，其更容易敏感不同方向环境振动源的振动。此外，由于压电发电装置中可以设置更多数量的质量块1和压电梁2，从而提高了压电发电装置的发电量。
综上所述，本发明提出的一种球形多方向压电发电装置，能产生较大的形变及敏感外界环境中任意方向的环境振动，并将外界环境振动作用转换为装置中压电梁2的弯曲振动，通过扩展质量块1的数量和压电梁2的数量能有效提高压电发电装置的发电量，且使用寿命长，增强了其实用性。
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 (6)
1.一种球形多方向压电发电装置，包括至少6个相同的质量块（1）和6个相同的压电梁（2），其特征在于：相邻的质量块（1）之间彼此通过压电梁（2）相连接整体形成球形，所述压电梁（2）均由外侧PVDF压电薄膜（21）、铍青铜弹性基片（22）和内侧PVDF压电薄膜（23）组成，所述质量块（1）上开设至少2个凹槽（11），所述压电梁（2）中的铍青铜弹性基片（22）嵌入凹槽（11）中实现与质量块（1）相连接。
2.根据权利要求1所述的一种球形多方向压电发电装置，其特征在于：所述质量块（1）的数量为10个；所述压电梁（2）的数量为20个。
3.根据权利要求1所述的一种球形多方向压电发电装置，其特征在于：所述外侧PVDF压电薄膜（21）和内侧PVDF压电薄膜（23）为矩形形状，且沿厚度方向极化；所述铍青铜弹性基片（22）为矩形形状。
4.根据权利要求1所述的一种球形多方向压电发电装置，其特征在于：所述质量块（1）为立方体形状或者圆球状。
5.根据权利要求1所述的一种球形多方向压电发电装置，其特征在于：所述质量块（1）的数量和压电梁（2）的数量根据需要分别增加至M个和N个，且M≥10，N≥20。
6.根据权利要求1所述的一种球形多方向压电发电装置，其特征在于：所述外侧PVDF压电薄膜（21）和内侧PVDF压电薄膜（23）通过电学串联或者电学并联后与后续充电控制电路连接。
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