[发明专利]一种压电能量收集装置及其方法

说明书

本发明公开一种压电能量收集装置及其方法，涉及能量收集技术领域，包括基座、多边形弹性框架、柔性铰链、导杆、工作负载和多个压电片，基座上的两端分别固定有多边形弹性框架和导杆，导杆垂直于基座设置，工作负载滑动套设于导杆上，多边形弹性框架远离基座的一端与柔性铰链的一端固定连接，柔性铰链的另一端与工作负载固定连接，柔性铰链和多边形弹性框架均倾斜设置，多边形弹性框架上贴设有多个压电片，各压电片内侧和外侧均连接有一个导线。在振动源发生振动时，工作负载由于惯性作用沿导杆上下运动，从而拉伸或挤压多边形弹性框架，促进多边形弹性框架上的压电片变形，将机械能转化为电能，实现了能量的大面积收集，提高了能量收集效率。

技术领域

本发明涉及能量收集技术领域，特别是涉及一种压电能量收集装置及其方法。

背景技术

近年来，能量收集一直是不同领域研究人员的主要焦点。主要的动机之一是减少广泛使用燃料电池所产生的化学废物的数量，这不仅保护了生态环境，还具有相当大的经济效益。研究人员已经在太阳能、潮汐和水力能源的可持续和批发能源部署方面取得了相当大的成功。但是，这三种方法并不适用于小规模的能量转换。在一定程度上，从不受自然条件影响的结构中获得基于振动的能量变得更加方便。

因此，国内外研究机构开始把研究方向投入到能量收集装置的研究，用能量收集装置代替传统的化学电池，但由于工作环境影响和自身技术的不足，使得传统的能量收集装置结构繁琐，能量输出效率低，难以满足特殊场合下的使用要求，因此，设计一种结构紧凑、高效、高输出的压电能量收集装置是新能源发展的关键因素。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种压电能量收集装置及其方法，结构紧凑，实现了能量的大面积收集，提高了能量收集效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种压电能量收集装置，包括基座、多边形弹性框架、柔性铰链、导杆、工作负载和多个压电片，所述基座上的两端分别固定有所述多边形弹性框架和所述导杆，所述导杆垂直于所述基座设置，所述工作负载滑动套设于所述导杆上，所述多边形弹性框架远离所述基座的一端与所述柔性铰链的一端固定连接，所述柔性铰链的另一端与所述工作负载固定连接，所述柔性铰链和所述多边形弹性框架均倾斜设置，所述多边形弹性框架上贴设有多个所述压电片，各所述压电片内侧和外侧均连接有一个导线。

优选地，还包括直线轴承，所述直线轴承固定于所述工作负载中，所述直线轴承间隙套设于所述导杆上。

优选地，所述多边形弹性框架包括两个第一连接板、两个第二连接板和四个安装板，两个所述第一连接板相互平行且位置相对应，两个所述第二连接板相互平行且位置相对应，所述第一连接板与所述第二连接板相互垂直，任意相邻的所述第一连接板和所述第二连接板通过一个所述安装板连接，各所述安装板的内侧和外侧均贴设有两个所述压电片。

优选地，位于所述安装板同一侧的两个所述压电片分别靠近所述第一连接板和靠近第二连接板设置。

优选地，所述压电片与所述安装板之间嵌设有铜箔片，所述铜箔片上焊接有一个所述导线。

优选地，所述基座包括底板和垂直固定于所述底板上端的立柱，所述导杆固定于所述底板上，所述立柱上端朝向所述导杆的一侧设有第一倾斜安装面，所述工作负载下端朝向所述立柱的一侧设有第二倾斜安装面，所述第一倾斜安装面与所述第二倾斜安装面相互平行，一个所述第一连接板固定于所述第一倾斜安装面上，另一个所述第一连接板与所述柔性铰链的一端固定连接，所述柔性铰链的另一端固定于所述第二倾斜安装面上。

优选地，所述底板上设置有光孔和螺纹孔，所述光孔用于将所述基座固定于振动源上，所述螺纹孔用于安装加速度传感器。

优选地，所述多边形弹性框架采用65Mn材料，所述压电片采用PZT压电陶瓷材料。