[发明专利]一种柱状多方向压电发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及能源技术领域，特别是涉及一种柱状多方向压电发电装置。

背景技术

可携带电子器件和无线传感网络在过去几十年得到了快速的发展，尤其在人体健康检测系统、环境控制系统、嵌入式系统、军事安全应用系统和野外动物跟踪器件等方面得到了广泛的应用。通常，这些器件依靠传统的电化学电池提供能量。随着复杂数字系统集成技术的高速发展，微电子器件在尺寸和能耗方面大大减小，然而这些器件的电源由于体积较大，成为其发展的瓶颈之一。而电池相对于微电子器件而言体积庞大、寿命短、化学毒性污染严重，而且需要定期更换，这给处于远距离需要长时间提供能量的无线传感器带来了很多的不便和经济负担；尤其对于嵌入在衣服、人体和动物体内的电子系统，更换电池是相当困难甚至是不可能的事情。因此，为了获得长期甚至无限生命周期的自主供电系统，各国研究者研究从周围环境中收集能量以便给电子器件供电，目的是取代传统电池为MEMS和低功耗的无线传感网络供电。把周围环境存在的能量（包括热能、风能、声能、水能、太阳能、电磁波、光、机械振动能和人类活动能等）的一种或者多种收集起来转换成电能，然后直接给电子器件供电或者存储在电容器、超级电容器或可充电的电池等储能器件中，这个过程即为能量收集。从各种能量源中收集能量的方法有电磁式、静电式和压电式等三类。与其他的发电原理相比，压电发电具有结构简单、不发热、无电磁干扰、无污染和易于实现机构的微小化、集成化等诸多优点，且能满足此类低耗能产品的供能需求。

目前压电发电装置普遍存在发电效率低的问题，主要表现产生的电压低、电量小。悬臂梁压电振子具有振动频率低、能量转化效率高和易于集成化等优点，因此目前备受关注。但是，单悬臂梁压电振子发电能力比较低，电量太小，另外环境中的振动源振动频率往往不稳定,单悬臂梁对振动频率变化很敏感,不易实现与环境振动源振动频率的良好匹配,不能充分吸收环境中的振动能。另外，环境中的振动能量往往是无规则的多方向传递，单悬臂梁只能对某一方向上的振动能量比较敏感，而不能全方位收集环境振动能量，这将导致压电发电装置的能量转化效率低下。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种柱状多方向压电发电装置，其由多个悬臂梁压电振子组成，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，发电效率高。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种柱状多方向压电发电装置，该柱状多方向压电发电装置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；

优选的是，所述悬臂梁压电振子包括金属基体、压电陶瓷片和方形质量块依次叠放粘贴在一起；

优选的是，所述圆柱底座包括三个圆盘状底座单体在一定压力下粘贴在一起。

本发明的有益效果是：本发明一种柱状多方向压电发电装置，其由多个悬臂梁压电振子组成，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，发电效率高。

附图说明

图1是本发明一种柱状多方向压电发电装置的结构示意图；

图2是本发明一种柱状多方向压电发电装置的俯视图；

图3是本发明一种柱状多方向压电发电装置的压电振子细节放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明较佳实施例进行详细阐述，以使发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1至图3，本发明实施例包括：

一种柱状多方向压电发电装置，该柱状多方向压电发电装置包括多个悬臂梁压电振子2的一端均固定于圆柱底座1上，所述悬臂梁压电振子2以圆柱底座1的圆心为中心成环行阵列分布，同时多个悬臂梁压电振子2沿圆柱底座1轴向依次上下交错分布，所述各个悬臂梁压电振子2大小均不同；所述悬臂梁压电振子2包括金属基体21、压电陶瓷片22和方形质量块23依次叠放粘贴在一起；所述圆柱底座1包括三个圆盘状底座单体11在一定压力下粘贴在一起。