[发明专利]低频双稳态复合材料板压电发电装置

说明书

本发明公开了一种低频双稳态复合材料板压电发电装置，是一种将振动能转化为电能的装置；所述装置包括基板，压电层，质量块以及电极；基板中间固定于基座上，外界的振动引起基板的振动，基板的振动会引起压电层的变形，压电层发生形变时会因压电效应产生电能；压电层采用特定比例不完全铺设于基板中间，基板四角粘接质量块，致使此装置具有较低的振动频率和较大的振幅，从而使得共振频率降低的同时不影响装置的发电效率；利用双稳态板固有的非线性特性，在环境振动激励使复合材料板发生随机共振，发电效率大大提高，可用于微机电系统。

技术领域

本发明涉及一种低频双稳态复合材料板压电发电装置，可有效收集周围环境的振动机械能进行发电，属于节能技术及再生环保新能源领域。

背景技术

随着微机电技术的快速发展，从环境中捕获能量为低功耗设备供电或为蓄电池供电已成为迫切的需求；传统电池供电具有一系列的弊端，比如寿命短、需要定期更换、污染环境等；无论哪一条弊端都严重影响微电子技术的发展；因此，利用环境振动产生能量为电子设备供电是很有必要的。

由于双稳态板在振动过程中具有跳变行为，振幅相对较大，其应用性值得人们关注。中国发明申请(公开号CN104079208A)公开了一种在低速水流冲击下压电发电装置及方法，采用低速水流直接冲击复合压电双稳态板，带动复合压电双稳态板随着低速水流在两种稳态间往复变形，进而使得压电材料产生形变后产生电能并收集，此发明实现了将低速波浪能转化为电能的功能；中国发明申请(公开号CN104079207A)公开了一种捕获垂直方向波浪能的压电发电装置及方法，该发明与上述发明除了结构上的区别外，发电原理是一样的，同样利用双稳态板的跳变行为发电，都是把将低速波浪能转化为电能的发电装置。中国发明申请(公开号CN102790548A)公开了一种双稳态复合悬臂梁压电发电装置，该发明使用双稳态梁作为振子发电，而双稳态板由于其振动时板的挠度比较大，且压电层铺设面积大，因此，双稳态板压电发电装置发电量会更大，发电效率会更高。

发明内容

本发明的目的是：提供了一种新型的高效率的双稳态复合材料板压电发电装置，既要降低双稳态复合材料板的固有频率，又要增大该系统受激时的发电量，本发明旨在寻求双稳态复合材料板的最佳铺设方式和比例。

为了解决双稳态复合材料板发电装置的上述问题，本发明给出的解决方案如下：

对于降低双稳态复合材料板的固有频率问题上，本发明采用的实验方案是低频双稳态复合材料板压电发电装置，在基板(3)四周加上质量块(2)，基板(3)材料是双稳态碳纤维层合板，且质量块(2)材料为黄铜、钢、钛合金、铝或铝合金中的一种，压电层(1)铺设在基板(3)的中间；压电层(1)的材料是PVDF压电薄膜。电极(4)分别附着在压电层(1)的两个面上，由引线引出形成电流。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、利用双稳态复合材料板压电发电系统固有的非线性特性，在环境振动激励作用下使双稳态复合材料板发生共振，与传统压电发电装置相比，双稳态板系统的非线性行为更为明显，所以产生的电量也相对较多。

2、本发明发电装置可以吸收周围环境的各种机械能，现有的技术是把波浪能转化为电能，相比于现有的技术，本发明适用性更广，更加精简灵活，易于加工，并可用于微机电结构。

3、现有的发明专利中，以悬臂梁为振子的压电发电装置有很多，悬臂梁具有频率低的特点，但以双稳态复合材料板的压电发电装置还比较少，当然，双稳态板和双稳态梁有很大的共性，相比传统压电发电装置都会有较高的电量输出，但双稳态复合材料板压电发电装置相比悬臂梁为振子的压电发电装置，由于其压电层铺设面积大的优点，发电效率会大大提高。

附图说明

图1是本发明中双稳态复合材料板的压电发电装置的主视图；

图2是本发明双稳态复合材料板的压电发电装置的俯视图；