一種波浪式多方向?qū)掝l帶壓電振動能量收集裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及新型能源和電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種波浪式多方向?qū)掝l帶壓電振動能量收集裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，對能源的需求日益劇增，環(huán)境污染和能源短缺成為困擾世界各國的一個共同難題，并由此而造成的環(huán)境惡化和能源危機逐漸開始影響社會經(jīng)濟發(fā)展和人們?nèi)粘Ｉ?。迫于此壓力，各國科技工作者開始了尋找和開發(fā)新型能源的探索，比如太陽能、風(fēng)能、波浪能等。振動作為日常生活中的常見現(xiàn)象，由于其具有較高的能量密度，其潛在的能量價值已引起越來越多的研究者的關(guān)注。目前，用于實現(xiàn)振動能量收集的裝置主要有壓電式、電磁式和靜電式三種。其中，壓電式振動能量收集裝置以其結(jié)構(gòu)簡單、無電磁干擾、清潔環(huán)保及易于微型化等諸多優(yōu)點而倍受青睞，對于壓電能量收集技術(shù)方案，理論上其供電壽命僅取決于組成振動能量收集裝置的各元器件的壽命，清潔環(huán)保，是一種典型的“綠色”能源技術(shù)。
[0003]基于此，目前出現(xiàn)了各種樣式的壓電式振動能量收集裝置，如懸臂梁結(jié)構(gòu)、Cymbal結(jié)構(gòu)、疊堆形結(jié)構(gòu)等?？v觀壓電式振動能量收集技術(shù)的研究現(xiàn)狀，上述振動能量收集裝置主要是單方向、單諧振頻率的，且諧振頻率較高，其使用場合對振動環(huán)境的選擇性很強，這樣在存在各種方向且振動頻率在一定范圍內(nèi)變化的低頻振動的情況下，上述能量收集裝置收集的能量將非常有限，限制了其大眾化的推廣使用。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]針對以上問題，本實用新型提供一種波浪式多方向?qū)掝l帶壓電振動能量收集裝置，其可彌補現(xiàn)有壓電振動能量收集技術(shù)中振動能量收集裝置只能敏感某個固定方向和某個固定頻率的振動及固有頻率較高等缺陷，無論振動方向如何變化，都能夠在一定頻率范圍內(nèi)較高效率的收集到低頻環(huán)境振動能量，為達此目的，本實用新型提供一種波浪式多方向?qū)掝l帶壓電振動能量收集裝置，包括固定基座、柔性鉸鏈、波浪式壓電換能器和質(zhì)量塊，所述波浪式壓電換能器由左側(cè)PVDF壓電薄膜、波浪式彈性金屬基片和右側(cè)PVDF壓電薄膜組成，所述固定基座下方有至少兩個柔性鉸鏈，所述波浪式壓電換能器上端與柔性鉸鏈相連，所述質(zhì)量塊位于波浪式壓電換能器的自由端。
[0005]作為本實用新型的進一步改進，所述波浪式壓電換能器的數(shù)量為N個，N多2，本實用新型可根據(jù)實際情況設(shè)置相應(yīng)的波浪式壓電換能器。
[0006]作為本實用新型的進一步改進，所述左側(cè)PVDF壓電薄膜和右側(cè)PVDF壓電薄膜分段粘貼在波浪式彈性金屬基片上，本實用新型可采用粘貼方式處理薄膜和金屬基片。
[0007]本實用新型提供一種波浪式多方向?qū)掝l帶壓電振動能量收集裝置，通過設(shè)置固定基座、柔性鉸鏈、波浪式壓電換能器和質(zhì)量塊，在環(huán)境振動頻率較低或者不知道環(huán)境振動方向的情況或者環(huán)境振動頻率在一定范圍內(nèi)變化時，也可以安裝使用，裝置適應(yīng)性強；同時，振動能量收集裝置中采用PVDF壓電薄膜實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換，可以承受較大的變形，進一步增強了裝置的實用性。
【附圖說明】
[0008]圖1是本實用新型中波浪式壓電換能器的橫截面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]具體部件如下:
[0011]1、固定基座；2、柔性鉸鏈；
[0012]3、波浪式壓電換能器； 31、左側(cè)PVDF壓電薄膜；
[0013]32、波浪式彈性金屬基片；33、右側(cè)PVDF壓電薄膜；
[0014]4、質(zhì)量塊。
【具體實施方式】
[0015]以下結(jié)合附圖和實施例對實用新型做詳細的說明:
[0016]本實用新型提供一種波浪式多方向?qū)掝l帶壓電振動能量收集裝置，其可彌補現(xiàn)有壓電振動能量收集技術(shù)中振動能量收集裝置只能敏感某個固定方向和某個固定頻率的振動及固有頻率較高等缺陷，無論振動方向如何變化，都能夠在一定頻率范圍內(nèi)較高效率的收集到低頻環(huán)境振動能量。
[0017]結(jié)合圖1和圖2所示，本實用新型提供一種波浪式多方向?qū)掝l帶壓電振動能量收集裝置，包括固定基座1、柔性鉸鏈2、波浪式壓電換能器3和質(zhì)量塊4，下面分別介紹。
[0018]波浪式壓電換能器3由左側(cè)PVDF壓電薄膜31、波浪式彈性金屬基片32和右側(cè)PVDF壓電薄膜33組成，其一端通過柔性鉸鏈2固定于固定基座I上，另一端連接質(zhì)量塊4 ;裝置中波浪式壓電換能器3的數(shù)量N可根據(jù)實際情況進行選擇，且N多2，配合圖1所示，本實施例中的波浪式壓電換能器3包括左側(cè)PVDF壓電薄膜31、波浪式彈性金屬基片32和右側(cè)PVDF壓電薄膜33，其中，左側(cè)PVDF壓電薄膜31和右側(cè)PVDF壓電薄膜33分段粘貼在波浪式彈性金屬基片32上，用以借助正壓電效應(yīng)將機械能轉(zhuǎn)化為電能，所述的左側(cè)PVDF壓電薄膜31和右側(cè)PVDF壓電薄膜33沿厚度方向極化。
[0019]質(zhì)量塊4位于波浪式壓電換能器3的自由端，裝置中質(zhì)量塊4的質(zhì)量可根據(jù)實際情況進行設(shè)置。
[0020]本實施例在工作時，將裝置置于外界自然振動環(huán)境中，并借助固定基座I加以固定；環(huán)境中的不同方向及不同頻率的振動將誘發(fā)裝置中的質(zhì)量塊4產(chǎn)生受迫振動，質(zhì)量塊4的振動將導(dǎo)致波浪式壓電換能器3產(chǎn)生交替變化的伸縮變形，從而使得粘貼在波浪式彈性金屬基片32上的左側(cè)PVDF壓電薄膜31和右側(cè)PVDF壓電薄膜33產(chǎn)生交替變化的彎曲變形，根據(jù)壓電材料的正壓電效應(yīng)，在左側(cè)PVDF壓電薄膜31和右側(cè)PVDF壓電薄膜33的正負電極面上產(chǎn)生正、負相反的電荷，即實現(xiàn)了由機械能到電能的轉(zhuǎn)換。此外，由于壓電振動能量收集裝置中可以設(shè)置更多數(shù)量的波浪式壓電換能器3，從而拓寬了壓電振動能量收集裝置的頻帶，提高了其發(fā)電量。
[0021]綜上所述，本實用新型提出的一種波浪式多方向?qū)掝l帶壓電振動能量收集裝置，能感知外界環(huán)境不同方向及一定頻率范圍內(nèi)的振動，并將外界環(huán)境中的振動能通過波浪式壓電換能器3轉(zhuǎn)換為電能，通過擴展波浪式壓電換能器3的數(shù)量能有效提高裝置的發(fā)電量，且使用壽命長，增強了其實用性。
[0022]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非是對本實用新型作任何其他形式的限制，而依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)所作的任何修改或等同變化，仍屬于本實用新型所要求保護的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種波浪式多方向?qū)掝l帶壓電振動能量收集裝置，包括固定基座(I)、柔性鉸鏈(2)、波浪式壓電換能器(3)和質(zhì)量塊(4)，其特征在于:所述波浪式壓電換能器(3)由左側(cè)PVDF壓電薄膜(31)、波浪式彈性金屬基片(32)和右側(cè)PVDF壓電薄膜(33)組成，所述固定基座(I)下方有至少兩個柔性鉸鏈(2)，所述波浪式壓電換能器(3)上端與柔性鉸鏈(2)相連，所述質(zhì)量塊(4 )位于波浪式壓電換能器(3 )的自由端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波浪式多方向?qū)掝l帶壓電振動能量收集裝置，其特征在于:所述波浪式壓電換能器(3)的數(shù)量為N個，N多2。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波浪式多方向?qū)掝l帶壓電振動能量收集裝置，其特征在于:所述左側(cè)PVDF壓電薄膜(31)和右側(cè)PVDF壓電薄膜(33)分段粘貼在波浪式彈性金屬基片(32)上。
【專利摘要】本實用新型公開一種波浪式多方向?qū)掝l帶壓電振動能量收集裝置，包括固定基座、柔性鉸鏈、波浪式壓電換能器和質(zhì)量塊。所述波浪式壓電換能器由左側(cè)PVDF壓電薄膜、波浪式彈性金屬基片和右側(cè)PVDF壓電薄膜組成；所述質(zhì)量塊位于波浪式壓電換能器的自由端。此裝置可實現(xiàn)對較低頻率和不同環(huán)境振動方向條件下一定頻率范圍內(nèi)振動能量的有效收集，增強了裝置的實用性。
【IPC分類】H02N2/18
【公開號】CN204906228
【申請?zhí)枴緾N201520745151
【發(fā)明人】劉祥建, 李曉暉, 羅衛(wèi)平, 王珺
【申請人】金陵科技學(xué)院
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年9月24日