CN112019087A - 压电能量采集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种压电能量采集装置，包括一个活动轨道、一组压电片和一个运动体，所述运动体限制于活动轨道内，所述压电片沿轨道布置，述压电片易变形的一侧悬置于运动体的行走轨迹上；活动轨道的运动能够驱使运动体产生势能并使其沿活动轨道移动，在消耗势能的同时依次压弯经过的压电片。该压电能量采集装置利用活动轨道活动过程中所造成的角度变化，促使活动体产生势能，先借助轨道形成动能，经过压电片时将压电片压弯，使压电片产生振动，消耗动能产生电能，实现能量的采集，其结构简单，可用于移动电子设备，借助人体的日常活动带动活动轨道摆动或转动或不规则运动，进而完成对电子设备的电能补充，通过充电的方式延长电子设备的使用时长。
Description
技术领域
本发明涉及压电能量采集领域，具体的说，涉及了一种压电能量采集装置。
背景技术
近年来，从环境振动中获取能量已经是一种定义明确的科学分支，主要的研发方向是致力于开发高效可靠的设备，能够将机械尽量多的转化为电能。
在日常生活中，振动无处不在，如走路、奔跑、建筑物和桥梁的振动、汽车、飞机、铁路、潮汐等都会带来不同程度的振动。
因此，采集振动中的能量是一项利用率极高的工作，尤其是在当前移动电子设备极其发达的情况下，通过振动采集能量为移动电子设备中的传感器供电，可以有效缓解续航问题，一定程度上解决了电池问题。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种结构简单、可用于移动电子设备的电能补充、可微型化的压电能量采集装置。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种压电能量采集装置，包括一个活动轨道、一组压电片和一个运动体，所述运动体限制于活动轨道内，所述压电片沿轨道布置，述压电片易变形的一侧悬置于运动体的行走轨迹上；活动轨道的运动能够驱使运动体产生势能并使其沿活动轨道移动，在消耗势能的同时依次压弯经过的压电片。
基上所述，所述活动轨道包括直线轨道、曲线轨道或环状轨道，活动轨道的活动方式包括摆动、不规则运动或旋转。
基上所述，所述压电片固定端布置于轨道上方和/或两侧和/或下方，压电片自由端与轨道之间的间距小于运动体的直径以便运动体能够碰撞压电片。
基上所述，所述运动体为球体或圆柱体或圆盘状。
基上所述，所述活动轨道的两端留出一段加速区，所述加速区内不设置压电片。
基上所述，所述加速区长度占活动轨道长度的10%-50%。
基上所述，所述压电片的材料为柔性的PVDF材料或MFC材料或PE材料。
基上所述，所述活动轨道的摆动中心位于活动轨道长度方向上的任一点。
基上所述，所述活动轨道上设置有限制活动轨道从活动轨道的两端、侧部或顶部脱离的机构。
基上所述，所述活动轨道为槽形结构或具有封闭空间的结构。
基上所述，所述活动轨道上设置压电梁，压电片安装在压电梁上，压电梁上密布有用于安装压电片的嵌槽。
基上所述，所述压电片外接电能转换电路和储能设备。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，借助压电片振动能够发电的原理，设计活动轨道、运动体和压电片，并将其应用于如电子设备或水力发电、风力发电等场合中，借助人体的日常运动、海水的海浪或潮汐作用、自然风力的不规则运动等现象，使活动轨道产生摆动、转动、不规则运动等一系列的动作，进而促使安装在活动轨道中的活动体随着活动轨道的动作变化而产生势能，并沿着活动轨道移动，移动的过程中，经过压电片时，就会碰撞压电片并迫使其变形，活动体经过压电片后，压电片再复位，进而产生了振动，实现了发电的功能，外接储能设备和电能转换电路，实现电能的采集和存储。
进一步的，活动轨道根据应用场景不同，可以设计为不同的运动方式，例如摆动式、转动式或不规则运动式，轨道也就相应的设计为直线型、环形或曲线型。
进一步的，压电片与活动体之间的位置关系可以根据应用场景进行适配，如在摆动场景中，活动轨道为直线型，跷跷板结构，压电片悬置于轨道上，活动体的上端碰撞压电片使其变形、发电；在转动场景中，活动轨道为环形， 压电片位于内侧或外侧，在转动发生时，活动体旋转，碰撞压电片使其变形；不规则运动下，轨道无具体要求，也可以根据不规则运动的特点进行设计，如设计为弧线形，而压电片的位置则需要分析动作具体的能量集中位置进行设计，在此不一一列举。
进一步的， 运动体的形状需满足的条件是能够方便的移动，因此，球状、圆柱状、圆盘状等摩擦力极小、势能释放更容易的形状最佳，但是不限制其它形状活动体的应用。
附图说明
图1是本发明实施例1中压电能量采集装置的原理图。
图2是本发明实施例1中压电能量采集装置的结构示意图。
图3是本发明实施例1中压电能量采集装置的整流电路图示例。
图4是本发明实施例2中压电能量采集装置的原理图。
图5是本发明实施例3中压电能量采集装置的原理图。
图6是本发明其他实施例中压电能量采集装置的原理图。
图中：1.活动轨道；2.压电片；3.运动体；4.轨道；5.压电梁；6.嵌槽；7.加速区。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
如图1和图2所示，一种压电能量采集装置，包括一个活动轨道1、一组PVDF材料制成的压电片2和一个球形的运动体3，该装置可用于移动电子设备中。
所述活动轨道1上沿长度方向设置槽形结构的轨道4，所述球形的运动体3限制于轨道4中，对运动体起到限制作用，避免在运动过程中脱轨，所述活动轨道1上设置压电梁5，压电片2安装在压电梁5上，压电梁5上密布有用于安装压电片2的嵌槽6，嵌槽6的目的是调节压电片的位置，控制压电片之间的间距。
所述活动轨道的摆动中心位于活动轨道1长度方向上的任一点，其摆动中心根据附着物体的变化，进行不同程度的调整。
所述压电片2沿轨道4布置于轨道4上方，压电片2底端与轨道4之间的间距小于运动体3的高度，随着活动轨道1的摆动，运动体3在重力作用下往返于所述轨道4的两端并依次压弯经过的压电片2，压电片弯曲产生了振动，由振动产生电能，通过外接的如图3所示的整流电路将电能进行转换和储存。
具体应用时，压电片的数量、间距等需要计算获得，如当压电片之间的间距过小时，会因为压电片造成的阻力过大而导致无法运行，运动体不能够直接穿过压电片，间隙过大则会导致压电片数量不足，发电量降低，而是否能将压电片压弯，又取决于活动轨道的活动剧烈程度和轨道自身的角度。
因此，不难得到一个结论，当活动轨道的摆动角度更大时，压电片的间距可以更小，产生的效果更优，活动轨道的摆动角度比较小时，压电片的间距设计的更大，产生的效果更优。
进一步的，为了提升效果，所述活动轨道的两端留出一段加速区7，所述加速区7内不设置压电片，所述加速区7长度占轨道长度的10%-50%，其目的是留出充足的空间供运动体将势能尽量多的转换为动能。
工作原理：移动电子设备，如手机、MP3等，往往是随身携带，而人体在外出时，不能及时冲电的场景下，大部分时间处于运动状态，随着人体的运动，如走路、跑步、爬楼梯等动作，必然导致移动电子设备的晃动和颠簸，基于这些晃动和颠簸，活动轨道产生摆动，进而使活动体产生势能，然后沿轨道4移动，转化为动能，经过压电片时，将压电片压弯，压电片在自身性质的作用下复位，产生振动，然后产生电能，电能通过外接整流电路和电池，将电流调整至适合的参数，并充入移动电子设备的电池中，延长电池的使用寿命。
实施例2
如图4所示，本实施例与实施例1的区别在于：活动轨道1为环形，压电片2位于轨道的内外两侧，借助旋转产生的离心力和轨道的限制以及与活动体3的摩擦力等等，迫使活动体转动，在转动过程中，碰撞压电片至其振动，然后发电，在此状态下，活动体最好还是球形。
实施例3
如图5所示，本实施例与实施例1的区别在于：活动体为盘状，活动轨道相适应的设置有限制盘状的活动体发生左右便宜的轨道槽，可用于尺寸相对较大的场合，以及对装置宽度有要求的场合，因为盘状物可以有效减少物体的宽度。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于：压电片2设置在轨道的左右两侧或底部，以能够将压电片压弯为准；运动体也可以是圆柱形或其它的三维立体形状，无论是滚动、滑动均可，目的在于将压电片压弯。
如图6所示，活动体3采用纺锤状的结构。
其它实施例中，所述压电片的材料为PVDF材料或MFC材料或PE材料。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种压电能量采集装置，其特征在于：包括一个活动轨道、一组压电片和一个运动体，所述运动体限制于活动轨道内，所述压电片沿轨道布置，所述压电片易变形的一侧悬置于运动体的行走轨迹上；活动轨道的运动能够驱使运动体产生势能并使其沿活动轨道移动，在消耗势能的同时依次压弯经过的压电片。
2.根据权利要求1所述的压电能量采集装置，其特征在于：所述活动轨道包括直线轨道、曲线轨道或环状轨道，活动轨道的活动方式包括摆动、不规则运动或旋转。
3.根据权利要求1或2所述的压电能量采集装置，其特征在于：所述压电片固定端布置于轨道上方和/或两侧和/或下方，压电片自由端与轨道之间的间距小于运动体的直径以便运动体能够碰撞压电片。
4.根据权利要求3所述的压电能量采集装置，其特征在于：所述运动体为球体或圆柱体或圆盘状。
5.根据权利要求1或2或4所述的压电能量采集装置，其特征在于：所述活动轨道的两端留出一段加速区，所述加速区内不设置压电片。
6.根据权利要求5所述的压电能量采集装置，其特征在于：所述加速区长度占活动轨道长度的10%-50%。
7.根据权利要求1或2或4或6所述的压电能量采集装置，其特征在于：所述压电片的材料为柔性的PVDF材料或MFC材料或柔性的PE材料。
8.根据权利要求6所述的压电能量采集装置，其特征在于：所述活动轨道的摆动中心位于活动轨道长度方向上的任一点。
9.根据权利要求1所述的压电能量采集装置，其特征在于： 所述活动轨道上设置有限制运动体从活动轨道的两端、侧部或顶部脱离的机构。
10.根据权利要求8所述的压电能量采集装置，其特征在于：所述活动轨道为槽形结构或具有封闭空间的结构，所述活动轨道上设置压电梁，压电片安装在压电梁上，压电梁上密布有用于安装压电片的嵌槽，所述压电片外接电能转换电路和储能设备。
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