[发明专利]柱状多方向叠堆式压电能量采集装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种压电能量采集装置，具体讲是一种柱状多方向叠堆式压电能量采集装置，属于能源技术领域。

背景技术

面对世界范围内的能源短缺，人们越来越希望能将日常所忽视的浪费的能量加以回收和利用，以提高能源利用效率，实现人类社会的持续健康发展。振动能量是一种非常广泛而又常常被忽视的能量种类，其潜在的能量价值不可忽视。压电材料是一种可以将机械能转化为电能的智能材料，是可实现振动能量回收的有效材料。传统压电振动能量收集装置收集的振动能量主要是单方向的，这种能量采集结构当振动方向选择性强的时候可以有效获取能量，而在多方向随机振动的情况下，其所能回收的能量是极其有限的。

现有的多方向压电能量采集器主要是采用条状悬臂梁单晶片或悬臂梁双晶片式压电振子以及采用压电薄膜裹覆于梁表面的方式，采用上述几种方式时由于压电材料随梁的振动幅度而变形，因而变形量较大，压电材料损耗较大，寿命短，从而影响了整个能量采集器的使用寿命。

2013年5月15日，中国发明专利申请CN103107740A公开了一种柱状多方向压电发电装置，其包括多个悬臂梁压电振子的一端均固定于圆柱底座上，所述悬臂梁压电振子以圆柱底座的圆心为中心成环行阵列分布，同时多个悬臂梁压电振子沿圆柱底座轴向依次上下交错分布，所述各个悬臂梁压电振子大小均不同。该发明通过各压电振子沿柱状固定座轴向和径向均匀分布，能够高效收集各个方向传输的环境振动能量。但其悬臂梁压电振子在能量采集过程中振动幅度较大，长期工作过程容易引起变形，从而引起了压电材料大幅损耗，降低了发电效率，缩短了悬臂梁压电振子的使用寿命，从而影响了整个压电发电装置的使用寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种能有效保护压电材料，减少压电材料大幅度变形，进而延长采集装置的使用寿命的柱状多方向叠堆式压电能量采集装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供的柱状多方向叠堆式压电能量采集装置，包括基座、弹性悬臂梁、若干个弹性体和若干个压电层；所述弹性悬臂梁的一端与基座固连，所述弹性体和压电层相互交替堆叠固定在弹性悬臂梁上且堆叠的最顶层与最底层均为弹性体，所述弹性体与压电层之间紧密结合。

本发明中，所述弹性悬臂梁为圆柱状、弹性体与压电层均为环状结构，所述弹性体与压电层的内径与圆柱体弹性悬臂梁直径相等，弹性体与压电层套装固定在弹性悬臂梁上。

本发明中，所述环状压电层由两片环状压电片和环状基片组成，两片压电片分别贴布于环形基片的上下两面上。 

本发明中，所述环状压电片由若干块面积均等且相互绝缘的扇形压电片组成。

本发明中，所述弹性体与压电层的厚度为相同或不同。

本发明中，所述弹性体与压电层叠堆的长度及位于弹性悬臂梁上的位置均可调节。

本发明中，所述弹性悬臂梁的另一端连接辅助采集部件。

本发明中，所述辅助采集部件为质量块或挡风板。

本发明的有益效果在于：（1）、本发明中弹性体和压电层采用相互交替堆叠的结构固定在弹性悬臂梁上，且弹性体与压电层之间紧密结合无间隙，弹性体可以在采集装置工作过程中对压电层进行有效的保护，压电层在工作在受压状态下的寿命较传统条状压电片及压电薄膜受弯曲应力的寿命更长，提高了采集装置的使用寿命；（2）、本发明弹性悬臂梁为圆柱状、弹性体与压电层均为环状结构，可以在横截面上任意角度的径向位置处进行振动，极大地扩展了弹性悬臂梁对振动方向的适应性，可以适应多方向的能量采集；（3）、将环状压电片设置成若干块面积均等且相互绝缘的扇形，增加压电片的有效工作数量，提高了装置的能量采集效率；（4）、本发明中弹性体与压电层叠堆的长度及位于弹性悬臂梁上的位置均可调节根据实际板需要调整，以适应装置在不同的工作环境中使用；（5）、在弹性悬臂梁自由端设置连接辅助采集部件，以适应装置整体在不同环境能量采集中的应用。

附图说明

图1为本发明柱状多方向叠堆式压电能量采集装置的结构示意图；

图2为本发明柱状多方向叠堆式压电能量采集装置发生振动弯曲后的结构示意图；

图3为环状压电层组合结构示意图；

图4为本发明柱状多方向叠堆式压电能量采集装置附加挡风板示意图；

图5为实本发明柱状多方向叠堆式压电能量采集装置附加质量块示意图；

图中，1-基座，2-弹性悬臂梁，3-环状弹性体，4-环状压电层，5-扇形压电片，6-环状基片,7-挡风板，8-质量块。

具体实施方式