CN205754064U - 一种振动发电装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种振动发电装置，包括支撑体、质量块、压电陶瓷片以及盖子，质量块与支撑体之间通过压电陶瓷片连接，并且质量块和支撑体之间沿着垂直于压电陶瓷片的方向做相对移动。本实用新型解决了现有振动发电装置能量耦合效率低，结构复杂，成本高，输出电压低，整流电路复杂的问题，提高了振动发电装置的实用性。
Description
技术领域
本实用新型涉及振动发电或振动能量收集领域，具体的说，是涉及一种振动发电装置。
背景技术
大部分动力机械设备运转时都伴随有振动，这部分能量可以被收集转化成电能。现有关于振动发电或振动能量收集的装置多为原理性设计，其结构复杂，能量耦合效率低下输出电压低。
另外，在无线产品的供电中，现有无线产品由电池供电，需要定期更换维护。不利于无人值守免维护的场合。
上述缺陷，值得解决。
发明内容
为了克服现有的技术的不足，本实用新型提供一种振动发电装置，解决了现有振动发电装置能量耦合效率低，结构复杂，成本高，输出电压低，整流电路复杂的问题，提高了振动发电装置的实用性。
本实用新型技术方案如下所述：
一种振动发电装置，其特征在于，包括支撑体、质量块、压电陶瓷片以及盖子，
所述质量块与所述支撑体之间通过所述压电陶瓷片连接，并且所述质量块和所述支撑体之间沿着垂直于所述压电陶瓷片的方向做相对移动。
进一步的，所述压电陶瓷片为圆形，其陶瓷激化方向垂直于所述圆形所在平面。
进一步的，所述支撑体为支撑柱，所述质量块上设有中心孔，所述支撑体穿过所述中心孔，所述压电陶瓷片的中央通过紧固螺钉固定在所述支撑柱的顶端，其边缘固定在所述质量块的边缘。
更进一步的，所述质量块的底部距离所述支撑柱的支撑柱底座的距离不超过3mm，所述支撑柱的柱体结构侧面和所述中心孔之间的间隙不大于1mm。
更进一步的，所述质量块上方设有限位垫片，所述限位垫片设于所述质量块与所述压电陶瓷片之间，所述限位垫片限制所述质量块沿着所述支撑柱向上运动的范围不超过3mm。
进一步的，所述支撑体为支撑筒，所述质量块设于所述支撑筒内，所述压电陶瓷片的中心固定在所述质量块上，其边缘固定在所述支撑筒的内沿。
更进一步的，所述质量块底部与所述支撑筒底部的距离不大于3mm，所述质量块与所述支撑筒的内壁之间的间隙不大于1mm。
更进一步的，所述质量块通过紧固螺丝进行固定，所述紧固螺丝与所述盖子之间的间隙不大于3mm。
进一步的，还包括倍压整流电路，在所述倍压整流电路中，所述压电陶瓷片与倍压二极管并联后与整流二极管和储能电容串联。
更进一步的，所述倍压二极管为齐纳二极管或肖特基二极管或硅扩散二极管。
根据上述方案的本实用新型，其有益效果在于，本实用新型可为无线低功耗电子设备供电，具有机电耦合率高，实用性强的特点。
质量块位移限位设计可保护陶瓷，避免高冲击或振动中陶瓷过度变形，导致陶瓷破裂，提高可靠性。
本实用新型中倍压电路利用压电陶瓷自身电容，设计简单可靠，无需外部电容即可提高一倍输出电压。利用陶瓷自身电容倍压还可以减少倍压二极管导通损耗，进一步提高输出电压；齐纳二级管可使输出电压最高限制在一定范围内，可保护被供电设备。
附图说明
图1为本实用新型实施例一的结构爆炸图；
图2为本实用新型实施例一的剖视图；
图3为本实用新型实施例二的结构爆炸图；
图4为本实用新型实施例二的剖视图；
图5为本实用新型中倍压整流电路的结构示意图。
在图中：1、支撑柱；11、支撑柱底座；12、柱体结构；2、质量块；21、中心孔；3、压电陶瓷片；4、紧固螺钉；5、盖子；6、限位垫片；7、倍压二极管；8、整流二极管；9、储能电容；1’、支撑筒；2’、质量块；3’、压电陶瓷片；4’、紧固螺钉；5’、盖子。
具体实施方式
下面结合附图以及实施方式对本实用新型进行进一步的描述：
实施例一
如图1-2所示，一种振动发电装置，包括支撑体、质量块2、压电陶瓷片3以及盖子5，支撑体为支撑柱1。
质量块2上设有中心孔21，支撑柱1穿过中心孔21，压电陶瓷片3的中央通过紧固螺钉4固定在支撑柱1的顶端，其边缘固定在质量块2的边缘。
质量块2的底部距离的支撑柱1的支撑柱底座11的距离不超过3mm，支撑柱1的柱体结构12侧面和中心孔21之间的间隙不大于1mm。质量块2沿着支撑柱1上下滑动，质量块2和支撑柱1之间仅有微小间隙，在振动中保证质量块2仅能相对支撑柱1上下运动而不能水平运动。质量块2上方设有限位垫片6，限位垫片6设于质量块2与压电陶瓷片3之间，限位垫片6限制质量块2沿着支撑柱1向上运动的范围不超过3mm，保证压电陶瓷片3不受损坏。
当质量块2相对支撑柱1上下振动时，带动压电陶瓷片3弯曲变形，产生电荷，电流由压电陶瓷片3两极引出，压电陶瓷片3的两极连接倍压整流电路。
优选的，压电陶瓷片3为圆形，其陶瓷激化方向垂直于圆形所在平面。
实施例二
如图3-4所示，一种振动发电装置，包括支撑体、质量块2’、压电陶瓷片3’以及盖子5’，支撑体为支撑筒1’。
质量块2设于支撑筒1’内，压电陶瓷片3’的中心固定在质量块2’上，其边缘固定在支撑筒1’的内沿。压电陶瓷片3’的两极连接倍压整流电路，当质量块2’相对支撑筒1’上下振动时，带动压电陶瓷片3’弯曲变形，产生电荷，电流由压电陶瓷片3’两极引出。
质量块2’与支撑筒1’的内壁之间的间隙不大于1mm。质量块2’周围仅有微小间隙，在振动中保证质量块2’仅能相对支撑筒1’上下运动而不能水平运动。质量块2’通过紧固螺丝4’进行固定，紧固螺丝4’与盖子5’之间的间隙不大于3mm，质量块2’底部与支撑筒1’底部的距离不大于3mm。质量块2’的运动被限制在上下3mm的范围内，保护压电陶瓷片3’不受损坏。
优选的，压电陶瓷片3’为圆形，其陶瓷激化方向垂直于圆形所在平面。
如图5所示，倍压整流电路中压电陶瓷片3与倍压二极管7并联后与整流二极管8和储能电容9串联，整流二极管8用以实现半波整流给储能电容9充电。
倍压二极管7可以为齐纳二极管或肖特基二极管或硅扩散二极管。当采用齐纳二极管时，倍压整流电路最高电压由齐纳二极管齐纳电压限定。
具体的，在图5中，倍压二极管7为齐纳二极管。压电陶瓷片3产生电压，当压电陶瓷片3产生正向电压时，该齐纳二极管把电压限制为最大5.1V，保护后续电路。当压电陶瓷片3产生负向电压时，该齐纳二极管短路陶瓷，让该周期内产生的电荷存储在陶瓷自身电容上，在下个正电压周期内该部分电荷重新释放，可以让陶瓷正电压周期的输出电压翻倍，增强对外输出能力。整流二极管8保证发出的电荷流向储能电容9，在反向周期内不漏走。储能电容9存储电荷降低电压的波动，同时为间歇工作电路存储能量。
倍压电路利用压电陶瓷自身电容，设计简单可靠，无需外部电容即可提高一倍输出电压。利用陶瓷自身电容倍压还可以减少倍压二极管7导通损耗，进一步提高输出电压。齐纳二级管可使输出电压最高限制在一定范围内，可保护被供电设备。
本实用新型可以应用于低功耗无线产品的供电，一次装备无需更换，适用于无人值守免维护的场合。产品采用压电陶瓷弯曲形变的压电模式以提高机械耦合效果，同时采用陶瓷自身电容和外加二极管形成倍压电路，提高输出电压。同时倍压二极管7为齐纳二极管，可以起到限制最高输出电压作用，保护后续电路。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
上面结合附图对本实用新型专利进行了示例性的描述，显然本实用新型专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本实用新型专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种振动发电装置，其特征在于，包括支撑体、质量块、压电陶瓷片以及盖子，
所述质量块与所述支撑体之间通过所述压电陶瓷片连接，并且所述质量块和所述支撑体之间沿着垂直于所述压电陶瓷片的方向做相对移动。
2.根据权利要求1所述的振动发电装置，其特征在于，所述压电陶瓷片为圆形，其陶瓷激化方向垂直于所述圆形所在平面。
3.根据权利要求1或2所述的振动发电装置，其特征在于，所述支撑体为支撑柱，所述质量块上设有中心孔，所述支撑体穿过所述中心孔，所述压电陶瓷片的中央通过紧固螺钉固定在所述支撑柱的顶端，其边缘固定在所述质量块的边缘。
4.根据权利要求3所述的振动发电装置，其特征在于，所述质量块的底部距离所述支撑柱的支撑柱底座的距离不超过3mm，所述支撑柱的柱体结构侧面和所述中心孔之间的间隙不大于1mm。
5.根据权利要求3所述的振动发电装置，其特征在于，所述质量块上方设有限位垫片，所述限位垫片设于所述质量块与所述压电陶瓷片之间，所述限位垫片限制所述质量块沿着所述支撑柱向上运动的范围不超过3mm。
6.根据权利要求1或2所述的振动发电装置，其特征在于，所述支撑体为支撑筒，所述质量块设于所述支撑筒内，所述压电陶瓷片的中心固定在所述质量块上，其边缘固定在所述支撑筒的内沿。
7.根据权利要求6所述的振动发电装置，其特征在于，所述质量块底部与所述支撑筒底部的距离不大于3mm，所述质量块与所述支撑筒的内壁之间的间隙不大于1mm。
8.根据权利要求6所述的振动发电装置，其特征在于，所述质量块通过紧固螺丝进行固定，所述紧固螺丝与所述盖子之间的间隙不大于3mm。
9.根据权利要求1或2所述的振动发电装置，其特征在于，还包括倍压整流电路，在所述倍压整流电路中，所述压电陶瓷片与倍压二极管并联后与整流二极管和储能电容串联。
10.根据权利要求9所述的振动发电装置，其特征在于，所述倍压二极管为齐纳二极管或肖特基二极管或硅扩散二极管。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109450294A (zh) * | 2019-01-02 | 2019-03-08 | 南通理工学院 | 一种扇贝型风振发电装置 |
| CN110176875A (zh) * | 2019-06-25 | 2019-08-27 | 上海工程技术大学 | 一种压电式振动能量采集转换装置 |
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| CN109450294B (zh) * | 2019-01-02 | 2024-01-19 | 南通理工学院 | 一种扇贝型风振发电装置 |
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