CN204906229U - 一种树状多模态压电发电装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种树状多模态压电发电装置，包括固定基座、压电梁和质量块。压电梁之间通过质量块相互连接，整个装置固定在固定基座上，同时最末端压电梁的自由端也设置质量块；所述压电梁由上层压电片、弹性金属基片和下层压电片组成。此装置可以实现在较低的频率范围内有较多的振动模态，若对装置进行扩展，可以实现对多个方向振动能量的收集，增强了装置的实用性。
Description
技术领域
本实用新型涉及新型能源和电子技术领域，特别是涉及一种树状多模态压电发电装置。
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。
值得注意的是，在各种形式的压电式振动发电装置的研究中，多模态压电发电装置的报道相对较少。哈尔滨工业大学的王红艳在2010年发表了题为《压电悬臂梁俘能器多模态俘能效果研究》的文章，文章报道了带质量块的压电悬臂梁的多模态俘能效果，该俘能器由一个压电悬臂梁和一个质量块组成。该设计结构的主要缺点是，系统的谐振频率较高，同时，由于采用单一悬臂梁，为实现多模态振动发电，需采用分段电极的形式，而每段电极位置的确定比较困难。考虑到外界环境中丰富的振动能资源，如何将外界环境中的振动能应用于多模态压电发电装置是一个非常值得研究的方向。
实用新型内容
针对以上问题，本实用新型提供一种树状多模态压电发电装置，本实用新型装置将外界环境中的振动能通过压电梁转换为电能，使用方便，可扩展性强，为达此目的，本实用新型提供一种树状多模态压电发电装置，包括固定基座、压电梁和质量块，所述压电梁之间通过质量块相互连接，整个装置固定在固定基座一侧，同时最末端压电梁的自由端也设置质量块；所述压电梁由上层压电片、弹性金属基片和下层压电片组成。
作为本实用新型的进一步改进，所述压电梁的尺寸不同，且越靠近固定基座，压电梁的尺寸越大。
作为本实用新型的进一步改进，所述质量块的数量为N个，N≥2，且质量块的质量不同,本实用新型可根据实际情况设置相应的质量块。
作为本实用新型的进一步改进，所述上层压电片和下层压电片为矩形形状或梯形形状，且沿厚度方向极化，以上设计可以取得较好的发电效果。
作为本实用新型的进一步改进，所述弹性金属基片为矩形形状或梯形形状，本实用新型可根据压电片情况设计相应的金属基片。
本实用新型提供一种树状多模态压电发电装置，，本实用新型通过设置固定基座、压电梁和质量块，可以将外界自然环境的振动能通过压电梁转换为电能，实现发电；同时，压电发电装置中的压电梁的数量和形式可进行适当扩展，从而提高了压电发电装置的发电能力，增强了装置的实用性。
附图说明
图1是本实用新型中压电梁的结构示意图；
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、压电梁；21、上层压电片；
22、弹性金属基片；23、下层压电片；3、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树状多模态压电发电装置，本实用新型装置将外界环境中的振动能通过压电梁转换为电能，使用方便，可扩展性强。
结合图1和图2所示，本实用新型提供一种树状多模态压电发电装置，包括固定基座1、压电梁2和质量块3，下面分别介绍。
压电梁2之间通过质量块3相互连接，同时最末端压电梁2的自由端也设置质量块3；整个装置固定在固定基座1上；装置中压电梁的数量M可根据实际情况进行选择，且M≥2，如在本实施例中选用9个，配合图1所示，本实施例中的压电梁2包括上层压电片21、弹性金属基片22和下层压电片23，其中，上层压电片21和下层压电片23分别同向贴附于弹性金属基片22的上表面和下表面，用以借助正压电效应将机械能转化为电能，所述的上层压电片21和下层压电片23沿厚度方向极化。
装置中质量块3的数量N可根据实际情况进行选择，且N≥2，如在本实施例中选用9个；质量块3的质量不同，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；环境中的振动将诱发装置中的质量块3产生受迫振动，质量块3的振动将导致压电梁2产生交替变化的弯曲变形，从而使得粘贴在弹性金属基片22上的上层压电片21和下层压电片23产生交替变化的弯曲变形，根据压电材料的正压电效应，在上层压电片21和下层压电片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。此外，由于压电发电装置中可以设置更多数量和更多形式的压电梁2，从而提高了压电发电装置的发电能力。
综上所述，本实用新型提出的一种树状多模态压电发电装置，能感知外界环境振动，并将外界环境中的振动能通过压电梁2转换为电能，通过扩展压电梁2的数量和形式能有效提高装置的发电能力，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 (5)
1.一种树状多模态压电发电装置，包括固定基座（1）、压电梁（2）和质量块（3），其特征在于：所述压电梁（2）之间通过质量块（3）相互连接，整个装置固定在固定基座（1）一侧，同时最末端压电梁（2）的自由端也设置质量块（3）；所述压电梁（2）由上层压电片（21）、弹性金属基片（22）和下层压电片（23）组成。
2.根据权利要求1所述的一种树状多模态压电发电装置，其特征在于：所述压电梁（2）的尺寸不同，且越靠近固定基座（1），压电梁（2）的尺寸越大。
3.根据权利要求1所述的一种树状多模态压电发电装置，其特征在于：所述质量块（3）的数量为N个，N≥2，且质量块（3）的质量不同。
4.根据权利要求1所述的一种树状多模态压电发电装置，其特征在于：所述上层压电片（21）和下层压电片（23）为矩形形状或梯形形状，且沿厚度方向极化。
5.根据权利要求1所述的一种树状多模态压电发电装置，其特征在于：所述弹性金属基片（22）为矩形形状或梯形形状。
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