[发明专利]多工作模态压电发电机及其发电方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种压电发电机及其发电方法，尤其涉及一种利用压电元件的多工作模 态压电发电机及其发电方法。

背景技术

压电发电机是利用压电效应将机械振动或随时间变化的应变转换成电能的装置。在 压电发电机中，和电子整流器相连接的一个或多个压电元件被粘结在金属薄片上，金属 薄片的一部分或一端则被固定在发电机的支架上。当发电机被置于一振动面上或受到机 械冲击时，在压电元件的两端会产生交流电压，此交流电压通过电子整流器对外部的电 池或电容充电。在现有的压电发电机中，压电元件利用单一的工作模态，要么只利用压 电片的拉伸和压缩模态即利用k31振动模态，要么只利用压电片的冲击模态即利用k33 振动模态【参考文献1：S.R.Anton and H.A.Sodano，“A review of power harvesting using piezoelectric materials(2003-2006)，”Smart materials and Structure，vol.16，R1-21，May 2007.】。只使用单一工作模态导致振动能量不能被压电元件充分利用，限制了压电发电 机的发电能力。

发明内容

本发明目的是为了克服现有的压电发电机不能充分利用振动能量的不足，提供一种 多工作模态压电发电机，该发电机把工作在敲击模态和拉伸压缩模态的压电元件集成在 同一发电机不同部位，以提高振动能量的利用率、提高发电机的发电能力。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明多工作模态压电发电机，包括两个框架、悬臂梁、平板金属质量块、压电片、 第一和第二压电元件、第一和第二缓冲块、两个空心圆筒组成的支柱和螺杆结构，其中 两个框架之间通过两个空心圆筒组成的支柱间隔，螺杆结构穿过支柱与两个框架的根部 紧固，支柱的中部设置悬臂梁，悬臂梁的端部粘帖平板金属质量块，悬臂梁的根部粘帖 压电片，在两个框架的端部与平板金属质量块分别对应设置第一和第二缓冲块，第一和 第二缓冲块与两个框架之间分别粘帖第一和第二压电元件。

所述第一和第二缓冲块与平板金属质量块对应的面为凸形光滑曲面或平板结构。

所述平板金属质量块与悬臂梁之间设置第三压电元件。

所述两个框架的端杆都为金属薄片悬臂梁，所述金属薄片悬臂梁分别通过螺杆结构 与两个框架的根部固定，所述金属薄片悬臂梁根部分别设置压电元件。

多工作模态压电发电机的发电方法，发电机悬臂梁振动，悬臂梁端部的平板金属质 量块敲击与其对应设置的带有第一和第二缓冲块的第一和第二压电元件，使得第一和第 二压电元件受到压缩而发电。

发电机悬臂梁的振动拉伸和压缩压所述电机悬臂梁根部设置的电元件，从而发电。

当平板金属质量块与敲击与其对应设置的带有第一和第二缓冲块的第一和第二压电 元件时，所述平板金属质量块与悬臂梁之间设置的第三压电元件受到压缩而发电。

所述两个框架的端杆都为金属薄片悬臂梁，所述金属薄片悬臂梁根部分别设置压电 元件，当平板金属质量块敲击与其对应设置的带有第一和第二缓冲块的第一和第二压电 元件时，金属薄片悬臂梁的振动拉伸和压缩压电元件，从而发电。

悬臂梁的共振频率和所述压电发电发电机的振动频率一致。

本发明专利的有益效果是：可以利用一台压电发电机中工作在不同模态的压电元件 进行发电，从而充分利用振动能量、增加发电机的输出电能。实验测量表明：对于一定 的压电发电机的振动，本发明专利中的压电发电机的输出电能是现有的悬臂梁结构压电 发电机的3倍或以上。实验测量的方法和条件如下：压电发电机被置于一个弹簧上；使 用一个外力将发电机和弹簧向下压；然后突然移去此外力；测试因压电发电机的振动而 产生的电能；比较利用本发明的发电机的输出电能和现有的悬臂梁结构压电发电机的输 出电能。

附图说明

图1：实施例1的压电发电机结构图

图2：实施例2的压电发电机结构图

图3：实施例3的压电发电机结构图

图4：实施例4的压电发电机结构图