CN204906228U - 一种波浪式多方向宽频带压电振动能量收集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种波浪式多方向宽频带压电振动能量收集装置，包括固定基座、柔性铰链、波浪式压电换能器和质量块。所述波浪式压电换能器由左侧PVDF压电薄膜、波浪式弹性金属基片和右侧PVDF压电薄膜组成；所述质量块位于波浪式压电换能器的自由端。此装置可实现对较低频率和不同环境振动方向条件下一定频率范围内振动能量的有效收集，增强了装置的实用性。

Description

一种波浪式多方向宽频带压电振动能量收集装置

技术领域

本实用新型涉及新型能源和电子技术领域，特别是涉及一种波浪式多方向宽频带压电振动能量收集装置。

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，用于实现振动能量收集的装置主要有压电式、电磁式和静电式三种。其中，压电式振动能量收集装置以其结构简单、无电磁干扰、清洁环保及易于微型化等诸多优点而倍受青睐，对于压电能量收集技术方案，理论上其供电寿命仅取决于组成振动能量收集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，目前出现了各种样式的压电式振动能量收集装置，如悬臂梁结构、Cymbal结构、叠堆形结构等。纵观压电式振动能量收集技术的研究现状，上述振动能量收集装置主要是单方向、单谐振频率的，且谐振频率较高，其使用场合对振动环境的选择性很强，这样在存在各种方向且振动频率在一定范围内变化的低频振动的情况下，上述能量收集装置收集的能量将非常有限，限制了其大众化的推广使用。

实用新型内容

针对以上问题，本实用新型提供一种波浪式多方向宽频带压电振动能量收集装置，其可弥补现有压电振动能量收集技术中振动能量收集装置只能敏感某个固定方向和某个固定频率的振动及固有频率较高等缺陷，无论振动方向如何变化，都能够在一定频率范围内较高效率的收集到低频环境振动能量，为达此目的，本实用新型提供一种波浪式多方向宽频带压电振动能量收集装置，包括固定基座、柔性铰链、波浪式压电换能器和质量块,所述波浪式压电换能器由左侧PVDF压电薄膜、波浪式弹性金属基片和右侧PVDF压电薄膜组成，所述固定基座下方有至少两个柔性铰链，所述波浪式压电换能器上端与柔性铰链相连，所述质量块位于波浪式压电换能器的自由端。

作为本实用新型的进一步改进，所述波浪式压电换能器的数量为N个，N≥2,本实用新型可根据实际情况设置相应的波浪式压电换能器。

作为本实用新型的进一步改进，所述左侧PVDF压电薄膜和右侧PVDF压电薄膜分段粘贴在波浪式弹性金属基片上，本实用新型可采用粘贴方式处理薄膜和金属基片。

本实用新型提供一种波浪式多方向宽频带压电振动能量收集装置，通过设置固定基座、柔性铰链、波浪式压电换能器和质量块，在环境振动频率较低或者不知道环境振动方向的情况或者环境振动频率在一定范围内变化时，也可以安装使用，装置适应性强；同时，振动能量收集装置中采用PVDF压电薄膜实现机电能量转换，可以承受较大的变形，进一步增强了装置的实用性。

附图说明

图1是本实用新型中波浪式压电换能器的横截面的结构示意图；

图2是本实用新型的结构示意图。

具体部件如下：

1、固定基座；2、柔性铰链；

3、波浪式压电换能器；31、左侧PVDF压电薄膜；

32、波浪式弹性金属基片；33、右侧PVDF压电薄膜；

4、质量块。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对实用新型做详细的说明：

本实用新型提供一种波浪式多方向宽频带压电振动能量收集装置，其可弥补现有压电振动能量收集技术中振动能量收集装置只能敏感某个固定方向和某个固定频率的振动及固有频率较高等缺陷，无论振动方向如何变化，都能够在一定频率范围内较高效率的收集到低频环境振动能量。

结合图1和图2所示，本实用新型提供一种波浪式多方向宽频带压电振动能量收集装置，包括固定基座1、柔性铰链2、波浪式压电换能器3和质量块4，下面分别介绍。

波浪式压电换能器3由左侧PVDF压电薄膜31、波浪式弹性金属基片32和右侧PVDF压电薄膜33组成，其一端通过柔性铰链2固定于固定基座1上，另一端连接质量块4；装置中波浪式压电换能器3的数量N可根据实际情况进行选择，且N≥2，配合图1所示，本实施例中的波浪式压电换能器3包括左侧PVDF压电薄膜31、波浪式弹性金属基片32和右侧PVDF压电薄膜33，其中，左侧PVDF压电薄膜31和右侧PVDF压电薄膜33分段粘贴在波浪式弹性金属基片32上，用以借助正压电效应将机械能转化为电能，所述的左侧PVDF压电薄膜31和右侧PVDF压电薄膜33沿厚度方向极化。

质量块4位于波浪式压电换能器3的自由端，装置中质量块4的质量可根据实际情况进行设置。

本实施例在工作时，将装置置于外界自然振动环境中，并借助固定基座1加以固定；环境中的不同方向及不同频率的振动将诱发装置中的质量块4产生受迫振动，质量块4的振动将导致波浪式压电换能器3产生交替变化的伸缩变形，从而使得粘贴在波浪式弹性金属基片32上的左侧PVDF压电薄膜31和右侧PVDF压电薄膜33产生交替变化的弯曲变形，根据压电材料的正压电效应，在左侧PVDF压电薄膜31和右侧PVDF压电薄膜33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。此外，由于压电振动能量收集装置中可以设置更多数量的波浪式压电换能器3，从而拓宽了压电振动能量收集装置的频带，提高了其发电量。

综上所述，本实用新型提出的一种波浪式多方向宽频带压电振动能量收集装置，能感知外界环境不同方向及一定频率范围内的振动，并将外界环境中的振动能通过波浪式压电换能器3转换为电能，通过扩展波浪式压电换能器3的数量能有效提高装置的发电量，且使用寿命长，增强了其实用性。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作任何其他形式的限制，而依据本实用新型的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (3)

1.一种波浪式多方向宽频带压电振动能量收集装置，包括固定基座（1）、柔性铰链（2）、波浪式压电换能器（3）和质量块（4）,其特征在于：所述波浪式压电换能器（3）由左侧PVDF压电薄膜（31）、波浪式弹性金属基片（32）和右侧PVDF压电薄膜（33）组成，所述固定基座（1）下方有至少两个柔性铰链（2），所述波浪式压电换能器（3）上端与柔性铰链（2）相连，所述质量块（4）位于波浪式压电换能器（3）的自由端。

2.根据权利要求1所述的一种波浪式多方向宽频带压电振动能量收集装置，其特征在于：所述波浪式压电换能器（3）的数量为N个，N≥2。

3.根据权利要求1所述的一种波浪式多方向宽频带压电振动能量收集装置，其特征在于：所述左侧PVDF压电薄膜（31）和右侧PVDF压电薄膜（33）分段粘贴在波浪式弹性金属基片（32）上。