[发明专利]压电发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种将机械能转换成电能的压电发电装置。

背景技术

一般情况下，压电发电装置(piezoelectric power generator)是利用压电效应用于将外部机械能(例如，风、设备的振动和人的动作)转换成电能的发电装置。

显示压电效应的压电器件是脆弱的，并因此受到外部机械能的影响。由于压电元件脆弱，压电器件被制造为具有通过一体地接合高弹性基板(例如，金属或塑料)而形成的变体结构(morph structure、模态结构)的悬臂(cantilever)，以防止在用外力使压电器件变形时，压电器件损坏。

图1(现有技术)概念性地示出被制造为变体结构悬臂的压电发电装置的一个例子。

图1中，附图标记12和14表示压电器件，20表示用于防止压电器件12和14损坏的基板，30表示通过将压电器件与基板接合而形成的悬臂，40表示与外力对应地通过诱导弯曲而引起压电器件12和14的变形的质量体(mass)。在下文中，悬臂被定义为压电器件与基板接合(bond)的结构。

在这样的压电发电装置中，根据如上所述的基板20周围的压电器件的数量，变体结构可分为单变体(mono morph、uni-morph、单模态)和双变体(bi-morph、双模态)(如图1所示)。

变体结构悬臂是压电器件中最典型的结构。

当外力施加到压电器件12和14与基板接合的变体结构悬臂时，如图1所示，由压电效应产生交流(AC)电。所产生的交流电由整流电路转换成直流(DC)电，然后被充电至高容量电容器或电池中，使得其能够在需要时被使用。

对于一个普通的变体结构悬臂，压电器件通过固定一端并在另一端安装质量体，然后相对于外力诱导悬臂弯曲而引起变形。

尤其是，在本发明的示例性实施例的压电发电模块的变体结构悬臂中，可以通过在自由端安装质量体而增加外力导致的弯曲。可以通过增加质量体的重量，增加变体结构悬臂的弯曲，这样相应的压电器件的大变形可以增加发电量。

然而，质量体的重量的增加会导致压电发电模块的高度增加，所以限制了质量体的重量的增加。

尤其是，在本发明的示例性实施例中为了增加压电发电模块的发电量而增加质量体的重量时，质量体的尺寸和高度增加，而且质量体高度的增加意味着压电发电装置的整体尺寸和高度增加。如上所述，随着压电发电装置的尺寸和高度增加，压电发电装置因为空间的限制难以用作小部件(例如，TPMS(Tire Pressure Monitoring System：轮胎压力监控系统))的发电装置。

另一方面，可以通过并联连接发电装置来增加压电发电装置的发电量，这可能存在一个问题，即当悬臂的自由端被配置在相同方向时，发电模块的重心被偏置到一侧，也就是质量体被偏置到自由端，因此所产生的电压是不稳定的。

背景技术章节用于帮助理解本发明的背景技术，并且可能包含本领域技术人员公知的现有技术之外的内容。

在背景技术部分公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此它可能包含不构成本国本领域技术人员所已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明提供一种压电发电装置，其优点在于能够容易地使用，而不需考虑使用压电发电装置的部件的尺寸，并在串联多个悬臂时通过设置彼此相对的悬臂的自由端来将质量体的重心定位在中心处。

本发明的一示例性实施例提供一种变体结构悬臂压电发电装置，其可包括设置为自由端彼此相对的至少两个悬臂和设置用于使悬臂弯曲的一体的质量体。

压电发电装置还可以包括自由端支承件，该自由端支承件设置在质量体上以便支承上述自由端，而且该自由端支承件呈环形，从而在悬臂弯曲时，上述自由端可移动地支承在上述质量体上。

自由端支承件可以通过螺栓或粘合剂固定到上述质量体上。

压电发电装置还可以包括固定端支承件，该固定端支承件固定悬臂的固定端，该固定端可以通过螺栓或粘合剂固定到上述固定端支承件。

上述质量体可堆叠为至少两层。

上述悬臂可以电并联连接。

堆叠为至少两层或更多层的质量体可以电并联连接。

上述质量体可以呈对称形状，如盘形和矩形。

如上所述，根据本发明的示例性实施例，压电发电装置可以很容易地使用，而不需要考虑使用该压电发电装置的部件的尺寸。

此外，根据本发明的示例性实施例，通过连接压电发电装置的多个悬臂使得悬臂的自由端彼此相对，能够将质量体的重心定位在中心处，因此能够稳定和有效地产生电能。