[发明专利]多层梁式压电发电机及其发电方法

说明书

技术领域

本发明属于发电机技术领域，特别是涉及一种压电发电机及其发电方 法。

背景技术

压电发电机是一种能量转换装置，是利用压电陶瓷的压电效应，将机 械振动转换成电能，具有结构简单、重量轻、无噪声、工作可靠等优点， 已应用于多个领域，特别是应用于光电子技术领域的无线网络。目前，现 有的压电发电机一般采用单个的圆环形压电复合板来进行发电，这种结构 虽然具有易于发电、结构简单等优点，但由于采用单个的压电复合板， 因此不能承载过大的交变载荷来产生电量，普遍存在着产生的电荷量小、 功率低、刚度低、承载量小和压电转换效率低等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种结构简单、 合理，电荷产生量大、功率大、刚度大、压电转换效率较高的多层梁式压 电发电机。

本发明的另一目的在于提供一种由上述多层梁式压电发电机实现的 发电方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种多层梁式压电发电机，包 括若干个压电复合板，所述压电复合板包括压电元件和弹性金属体，所述 压电元件分别连接于弹性金属体的上下表面；压电复合板的一端与机架固 定连接，另一端与传力块刚性连接，呈现梁状结构；所述若干个压电复合 板之间通过传力块刚性连接，并呈现棱柱体或长方体阵列分布。所述传力 块优选具有一定刚度的弹簧。

所述弹性金属体为矩形或梯形结构。

所述压电元件为若干层压电陶瓷片，其层数为偶数层。

所述压电元件为矩形或梯形结构，且沿厚度方向极化。

所述压电陶瓷片之间通过环氧树脂相互贴合，且压电陶瓷片相邻层之 间反向粘贴；所述压电元件分别通过环氧树脂粘贴连接于弹性金属体的上 下表面。

所述若干个压电复合板沿厚度方向固定于机架上，形成压电复合板梁 组；所述压电复合板梁组为若干组，并均匀固定于机架上。

所述压电复合板梁组之间以传力块为中心，对称固定于两侧的机架 上，并呈现长方体状阵列分布；或所述压电复合板梁组之间以传力块为中 心，均匀固定于周围的机架上，所述压电复合板间呈现正棱柱体状阵列分 布。

所述正棱柱体优选为正三棱柱体、正四棱柱体或正六棱柱体。

所述传力块为若干个，所述传力块与传力块之间、传力块与压电复合 板之间均通过螺栓连接。

由上述的多层梁式压电发电机实现的发电方法：在传力块上输入振动 信号，以使弹性金属体发生弯曲弹性变形；弹性金属体的弯曲弹性变形转 换为压电元件的压电效应，并在压电元件的上下表面产生电荷，形成交变 电势；所述交变电势通过整流滤波电路进行整流变换，并通过超低功耗数 字处理芯片进行控制输出直流电或将直流电储存起来，以供使用。所述超 低功耗数字处理芯片优选MSP430超低功耗数字处理芯片，以降低发电消 耗，高效率地收集电能供给负载电路使用。

本发明的作用原理是：当有交变力载荷作用在传力块上时，即在压电 复合板梁组的自由端(与传力块连接的一端)输入振动信号，压电复合板 的弹性金属体就会发生弯曲弹性变形，弹性金属体的弯曲变形转换为矩形 或梯形压电陶瓷片的沿d33方向的压电效应，在矩形或梯形压电陶瓷片的 上下表面产生电荷，形成电势，从而在其两极面产生交变电势。压电陶瓷 片的共同接触区为信号输出端，与弹性金属体接触区为信号输出端的地 线。在压电陶瓷片的两极面引线将此交变电势输入到整流滤波电路进行处 理，并可通过电能回收，作为电源使用。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明采用多个压电复合板组合构成多层梁式结构，大大提高了 其刚度性和承载量大，可承载较大的交变力载荷，从而提高了振动输入量， 同时也大大提高了压电转换效率。

2、本发明的压电复合板采用矩形或梯形结构的弹性金属体和沿厚度 方向极化的压电陶瓷片构成，具有体积小、产生的电荷量大等优点。

3、本发明的发电机通过振动式发电，即通过作用在传力块上的交变 力载荷，使得压电复合板发生弯曲弹性变形从而在压电陶瓷的两极面产生 交变电势，可将振动能量转换为有用的电能储存至电容或可充电电池中， 以供用电系统使用，具有可靠性高、电源转换效率高、无电磁场作用等优 点。