[发明专利]蒲公英状多方向、宽频带压电振动能量收集装置

说明书

技术领域

 本发明属于能源和电子技术领域，特别涉及一种蒲公英状多方向、宽频带压电振动能量收集装置。

背景技术

 环境污染和能源短缺是当今世界各国面临的一大难题，由此造成的环境恶化和能源危机逐渐开始影响经济发展和人们生活。迫于此压力，各国科技工作者开始了寻找和开发新能源的探索。振动作为人们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科技研究者的关注和思考。压电材料作为一种智能材料，具有正压电效应和逆压电效应，利用其正压电效应可以将机械能转化为电能，而利用其逆压电效应可以将电能转化为机械能，于是人们想到了利用其正压电效应来实现其发电这一思路。

利用压电材料采集环境振动能量这一技术方案，理论上其供电寿命仅取决于组成压电振动能量收集装置的各元器件的寿命，没有额外消耗能源，清洁环保，是一种典型的“绿色”技术。基于此，目前，出现了各种样式的压电振动能量收集装置，如悬臂梁结构、Cymbal结构、叠堆形结构等，纵观压电振动能量收集技术的发展现状，上述压电振动能量收集装置收集的振动能量主要是单方向的，其使用场合对环境振动方向的选择性很强，在存在各种方向随机振动的情况下，上述能量收集装置收集的能量将非常有限。很强的方向选择性带来的另一问题是，在安装压电振动能量收集装置时，必须事先预知环境的振动方向，这有时候需要专业技术人员才能完成，即是在安装时考虑到主要的环境振动方向，一旦环境发生变化，该压电振动能量收集装置的性能将大幅下降，限制了其大众化的推广使用。

发明内容

 本发明所要解决的技术问题是针对前述背景技术中的缺陷和不足，提供一种蒲公英状多方向、宽频带压电振动能量收集装置，其可弥补现有压电振动能量收集技术中压电振动能量收集装置只能敏感某个固定方向振动、收集环境振动的频带窄、能量收集效率低等缺陷，无论振动方向如何改变或者在存在多方向、多频率振动的情况下，都能够较高效率地收集到振动能量。

本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：

一种蒲公英状多方向、宽频带压电振动能量收集装置，包括多面球状支撑体、振动基座和至少两个悬臂梁，振动基座固定于多面球状支撑体的表面，各悬臂梁沿不同方向固定于多面球状支撑体的表面；所述悬臂梁包括弹性金属导电薄片、上层压电陶瓷片、下层压电陶瓷片和质量块，弹性金属导电薄片的固定端固定于多面球状支撑体的表面，而质量块设于弹性金属导电薄片的自由端，上层压电陶瓷片和下层压电陶瓷片分别同向贴附于弹性金属导电薄片的上表面和下表面。

上述多面球状支撑体的表面开设螺纹孔，振动基座固定于该螺纹孔中。

上述多面球状支撑体的表面沿不同方向设置凹形槽，各悬臂梁分别固定于凹形槽中。

上述各悬臂梁的质量块的质量为相同或不同。

上述弹性金属导电薄片为矩形、梯形或阶梯形形状。

上述上、下层压电陶瓷片为矩形或梯形形状，且沿厚度方向极化。

采用上述方案后，本发明通过设置多面球状支撑体，并在多个方向分别设置悬臂梁，增强在使用过程中的适应性，在不知道环境振动方向和振动频率的情况下，也可以安装使用，环境振动方向的变化对其影响很小；另外，还可将各悬臂梁的固有频率设置为不同，从而具有不同的谐振频率点，在一定宽度的频带范围内都可以较高效率地收集振动能量。

附图说明

 图1是本发明中悬臂梁的结构示意图；

图2是本发明的整体俯视图；

图3是本发明的剖视图。

具体实施方式

 结合图2和图3所示，本发明提供一种蒲公英状多方向、宽频带压电振动能量收集装置，包括多面球状支撑体1、振动基座2和至少两个悬臂梁3，下面分别介绍。

多面球状支撑体1的一个表面开设有螺纹孔11，而其表面还沿不同方向设有至少两个凹形槽12，在本实施例中选用二十六面体，其在一个表面开设螺纹孔，而其余25个表面上各设有一个凹形槽。

振动基座2与多面球状支撑体1固定，具体而言是固定于其螺纹孔11中，所述的振动基座2用以固定在振动体上，从而将本发明固定在振动环境中。