CN206524785U - 一种采集高楼振动能的压电能量采集器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种采集高楼振动能的压电能量采集器，包括基座、质块、拱形的压电片元件，所述质块设置在所述基座上，所述压电片元件一端连接所述质块、另一端连接所述基座。将本实用新型装置放置于高楼顶部，当外部的风力作用于高楼使其摆动时，压电能量采集器的质块因受到来自水平各个方向的力而开始在基座上摆动，使得压电片元件开始进行拉压运动，从而产生输出电压。通过质块的晃动，吸收了高楼的振动能，维持了高楼的稳定，同时压电片元件受到外力的作用，使得压电薄膜开始正压电效应，将机械能转化为电能，然后通过压电片元件上下的电极输送给外部电路，从而达到能量采集的功能。

Description

一种采集高楼振动能的压电能量采集器

技术领域

本实用新型涉及一种将振动能转化为电能的装置，具体涉及一种采集高楼振动能的压电能量采集器。

背景技术

随着社会的高速发展，能源紧缺问题越来越严重。除了电网和蓄电池外，电能的获取途径相对有限。新能源的发展也越来越重要，各式能源也层出不穷。在可再生能源里，太阳能和风能等的应用已经很广泛了，但是这几种能量运用在微功耗设备上也都有着或多或少的缺陷，如太阳能需要有光照的地方，会受到地理条件和环境的制约。相比之下，振动能可以适应的范围就大得多了。振动能是指通过机械振动而产生的能量，人们可以利用振动能量转化为电能的这种方式给设备供能。基于振动的能量采集方法一般有三种 ：压电式、静电式和电磁式。相对于静电和电磁式，压电能量采集器具有结构简单、能量密度高和寿命长等优点。因此，利用压电材料获取环境振动实现发电近来成为人们的关注热点。随着压电材料的日益优化，压电转换效率的提高，压电能量的应用也日益广泛。

压电能量采集器的工作原理是基于压电材料的正压电效应。对压电元件施加机械变形时，就会引起其内部正负电荷中心发生相对移动而产生电的极化，从而导致压电元件两个表面上出现符号相反的束缚电荷，而且电荷密度与外力大小成比例，这种现象称之为正压电效应。因此，利用正压电效应可以将压电元件制成传感元件或者发电器件。

通过对现有的技术检索发现，现在所有的高层建筑为了控制楼体摆动的影响，必然会安装风阻尼器。当外部的风力传于建筑物时，建筑物的摆动将能量传到阻尼器，从而减小本身的震动，达到减震的目的，但其中所蕴含的能量就这样浪费掉了。

实用新型内容

为了将高楼的振动能转换为电能，本实用新型提供一种易于制作、结构稳定性强、性能优良且容易实现的压电能量采集器。

为实现上述目的，其技术解决方案为：

一种采集高楼振动能的压电能量采集器，包括基座、质块、拱形的压电片元件，所述质块设置在所述基座上，所述压电片元件一端连接所述质块、另一端连接所述基座。拱形的压电片元件可以像弹簧一样进行拉压，从而使得质块可以进行来回往复运动。

进一步，所述压电片元件包括拱形的金属弹性基片、柔性压电薄膜、电极，所述压电薄膜位于所述金属基片的上下表面、且分别连接有电极。上下表面都设有压电薄膜，中间为易导电材料，可以使得整个压电片元件成为一个导电的整体，提高发电效率。

进一步，所述金属基片为铍青铜或弹性不锈钢。

进一步，所述压电薄膜为PVDF压电薄膜。

进一步，所述质块与基座接触面涂有耐磨颗粒胶。

进一步，若干压电片元件均匀分布在所述基座与质块之间。

采用上述技术方案，将该压电能量采集器放置于高楼顶部，当外部的风力作用于高楼使其摆动时，该压电能量采集器的质块因受到来自水平各个方向的力而开始在基座上摆动，使得压电片元件开始进行拉压运动，从而产生输出电压。通过质块的晃动，吸收了高楼的振动能，维持了高楼的稳定，同时压电片元件受到外力的作用，使得压电薄膜开始正压电效应，将机械能转化为电能，然后通过压电片元件上下的电极输送给外部电路，从而达到能量采集的功能。

本实用新型的有益效果是：（1）起到风阻尼器的作用，减少高楼晃动，维持稳定；（2）将振动能转换为电能，缓解能源压力；（3）采用压电元件，工作寿命长，可以适应各种工况；（4）结构简单、无电磁干扰、清洁环保和易于实现机构的集成化。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型中基座的主视图；

图3是本实用新型中基座的俯视图；

图4是本实用新型中质块的主视图；

图5是本实用新型中压电片元件的主视图；

图6是本实用新型中压电片元件的辅助图；

图中：1、压电片元件，2、基座，3、质块，4、电极，5、胶体，6、压电薄膜，7、金属基片，8、耐磨颗粒胶。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1至图5所示，一种采集高楼振动能的压电能量采集器，包括基座2、质块3、拱形的压电片元件1。

质块3为球形，其材质为不锈钢或镍金属块，上有相对应的螺钉孔。质块3设置在基座2上，它们的接触表面涂有KN99898耐磨颗粒胶8，接触面的粗糙度不得高于Ra0.2。基座2是不锈钢金属材料，基座2上设有连接柱，连接柱上有对应的螺栓孔。质块3和压电片元件1通过预紧螺钉固定，压电片元件1和基座2上的连接柱通过预紧螺栓固定。

压电片元件1的数量可为多个，例如4个、6个、8个等，压电片元件1均匀分布在基座2与质块3之间。

如图5、图6所示，压电片元件1包括拱形的金属弹性基片7、柔性压电薄膜6、电极4，所述压电薄膜6位于所述金属基片7的上下表面、且分别连接有电极4。金属弹性基片7、柔性压电薄膜6、电极4通过胶体5连接，胶体5是环氧树脂胶或丙烯酸酯胶。

所述的金属基片7是铍青铜，其厚度范围是1~2mm，其两侧分别有一个螺栓孔和一个螺钉孔，该金属基片7与质块3通过预紧螺钉固定，与基座2通过预紧螺栓固定。

所述的压电薄膜6是PVDF压电薄膜，其厚度范围是0.2~0.4mm，厚度方向或径向均极化。

所述的电极4是铜薄膜，其厚度范围是0.1~0.2mm。

上述实施例的一种采集高楼振动能的压电能量采集器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，在金属基片的半圆形部位上下面都涂上适量的一层胶体，厚度范围是0.05~0.1mm，并接着将两片大小合适的PVDF压电薄膜分别粘贴到上下两面，然后放置24h用于胶体风干。其中，所述的胶体为环氧树脂胶，压电薄膜大小不应超过金属基片的半圆形部位。

步骤2，在两片压电薄膜的上下两面各自涂上适量的一层胶体，厚度范围是0.05~0.1mm，然后将两片大小合适的铜薄膜分别粘贴到上下面，接着放置24h风干。其中，所述的胶体为环氧树脂胶，铜薄膜大小不应超过压电薄膜部分。

步骤3，将配制好的KN99898耐磨颗粒胶在质块底部与基座接触的部分涂上适量的一层，厚度范围是0.5~1mm，25℃固化15小时，若温度低应采用加热或延长固化时间来促进固化；一般冬天施工可用碘钨灯距涂层40cm的距离进行照射加温。其中，所述的KN99898耐磨颗粒胶配制方法是按重量比4∶1将A、B两组份混合均匀，并在30min内用完，如气温过低可将A组分适当加热以降低粘度便于配置。

步骤4，将基座、质块和压电片元件连接起来。其中，所述的质块放置在基座上，所述的压电片元件和基座通过螺栓孔进行预紧螺栓固定，所述的压电片元件和质块通过螺钉孔进行预紧螺钉固定。

本实用新型的工作原理为：将该压电能量采集器放置于高楼顶部，当外部的风力作用于高楼使其摆动时，该压电能量采集器的质块因受到来自水平各个方向的力而开始在基座上摆动，使得压电片元件开始进行拉压运动，从而产生输出电压。通过质块的晃动，吸收了高楼的振动能，维持了高楼的稳定，同时压电片元件受到外力的作用，使得压电薄膜开始正压电效应，将机械能转化为电能，然后通过压电片元件上下的电极输送给外部电路，从而达到能量采集的功能。

Claims (6)

1.一种采集高楼振动能的压电能量采集器，其特征在于：包括基座(2)、质块(3)、拱形的压电片元件(1)，所述质块(3)设置在所述基座(2)上，所述压电片元件(1)一端连接所述质块(3)、另一端连接所述基座(2)。

2.根据权利要求1所述的一种采集高楼振动能的压电能量采集器，其特征在于：所述压电片元件(1)件包括拱形的金属弹性基片(7)、柔性压电薄膜(6)、电极(4)，所述压电薄膜(6)位于所述金属基片(7)的上下表面、且分别连接有电极(4)。

3.根据权利要求2所述的一种采集高楼振动能的压电能量采集器，其特征在于：所述金属基片(7)为铍青铜或弹性不锈钢。

4.根据权利要求2所述的一种采集高楼振动能的压电能量采集器，其特征在于：所述压电薄膜(6)为PVDF压电薄膜。

5.根据权利要求1所述的一种采集高楼振动能的压电能量采集器，其特征在于：所述质块(3)与基座(2)接触面涂有耐磨颗粒胶。

6.根据权利要求1至5任一权利要求所述的一种采集高楼振动能的压电能量采集器，其特征在于：若干压电片元件(1)均匀分布在所述基座(2)与质块(3)之间。