[发明专利]压电双稳态能量收集器

说明书

技术领域

本发明属于可再生能源发电技术领域，涉及一种压电能量转换结构。

背景技术

随着传统能源的不断消耗，直接造成了环境污染和能源紧缺的全球性难题，因此可再生能源的获取与利用受到越来越多的关注。压电材料具有良好的力电转换特性，能实现机械能到电能的转换，在能量收集领域有着广泛的应用。CN 100414808C公开了一种两面贴压电材料自由端悬挂集中质量块的悬臂梁结构，可收集振动能，但产生的电能较小。CN 101997444A也公开了一种类似的压电悬臂梁结构。CN 103354434A公开了一种双稳压电悬臂梁振动能量收集器。对于悬臂梁式的压电能量收集装置中普遍存在的问题是应变分布不均，固定端的应变较大，而自由端应变较小，使得不能充分发挥压电材料的潜能，发电效率不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种压电双稳态能量收集器，其具有两种稳态结构，将压电材料附着在此种双稳态结构上，利用其圆弧形形变分布均衡的特点，可使附着在其上面的压电材料的应变变形分布均匀，能充分利用压电材料，使得压电材料获得最大形变、产生最大电能，因此可以产生高效率的能量转换。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种压电双稳态能量收集器，由双稳态圆弧板和粘结在其表面的若干个压电材料组成，若干个压电材料之间可通过导线串联。

前述压电双稳态能量收集器中，所述的双稳态圆弧板采用复合材料与金属混杂铺层，在复合材料固化温度下固化，冷却后由于残余热应力可形成圆弧形双稳态效果。

前述压电双稳态能量收集器中，所述的铺层由复合材料对称铺层和金属复合材料混杂铺层组成，复合材料对称铺层的两侧为尺寸对称的金属复合材料混杂铺层。

前述压电双稳态能量收集器中，所述的复合材料对称铺层为90°和0°复合材料对称铺层，其中90°复合材料层在外侧，0°复合材料层在90°复合材料层中间，具体铺层厚度可由所需的曲率进行改变。

前述压电双稳态能量收集器中，所述的金属复合材料混杂铺层依次由90°复合材料层、金属层、90°复合材料层组成。

前述压电双稳态能量收集器中，所述的0°复合材料层的总厚度与金属层的厚度相同，同时两种铺层中90°层厚度相同。

前述压电双稳态能量收集器中，所述的金属复合材料混杂铺层和复合材料对称铺层的尺寸可调来获得理想的曲率。

前述压电双稳态能量收集器中，所述的复合材料为碳纤维树脂复合材料或玻璃纤维树脂复合材料。

前述压电双稳态能量收集器中，所述的金属为铝或铝合金等轻金属。

前述压电双稳态能量收集器中，所述的压电材料在制备双稳态板时通过一起固化的方式进行粘结，也可以固化后粘贴，取决于压电材料居里温度。为保持双稳态壳体的对称性，上下表面在相同位置对称粘贴数量相同的压电材料，可以通过增加压电材料的数量增大发电效率。

前述压电双稳态能量收集器中，所述的压电材料可以为压电陶瓷、压电晶片或压电薄膜。只要是具有压电常数及高机电耦合系数和介电常数的压电材料均可用于制备本发明的压电双稳态能量收集器。

本发明采用复合材料与金属混杂铺层，利用其固化后残余热应力产生具有一定曲率的圆弧形板，此种板可以通过较低的外载荷进行跳变产生另一种理论上相同曲率的圆弧形板，因此这种圆弧形板具有两种稳态，可通过较低的外载荷在两种稳态间来回跳变。将压电材料附着在此种双稳态圆弧板表面，由于板为圆弧形因此压电材料的形变都是均匀的，通过外载荷驱动，可使压电材料随着双稳态板的跳变而产生形变，从而产生电能。此种压电双稳态能量收集器较悬臂梁结构具有更大的形变，因此具有更高的发电效率。

本发明实用性强，采用本发明的压电双稳态能量收集器可以用于压电能量收集，具有效率高、简单易行的特点。

附图说明

图1为本发明压电双稳态能量收集器的三维结构示意图；

图2为本发明双稳态板固化前的三维结构示意图；

图3为本发明双稳态板铺层方式的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式一：本实施方式提供一种高效率的压电双稳态能量收集器，包括双稳态圆弧板1和粘结在其表面的若干个压电材料2。