[发明专利]压电能量采集器

说明书

本发明涉及一种压电能量采集器，其采用两块柔性电路板夹设压电陶瓷片构成压电单元。该压电能量采集器因采用柔性电路板作为压电单元的基板，柔性高，具有良好的导电性，便于装联焊接，柔性电路板可以自由的弯曲、卷绕、折叠，也可以任意伸缩移动，并且具有质量轻、厚度薄的特点，可大大减少整个压电能量采集器的体积和重量。由于柔性电路板较柔软，对振动的敏感性高，只要有晃动，就能感知，从而显著提高了该压电能量采集器对振动的敏感性。压电单元具有多个压电陶瓷片，形成蜂窝结构，因而该压电能量采集器具有多个谐振频率点，可以感知环境中不同频率的振动能量，带宽较宽，且有利于提高整个压电能量采集器的输出电压。

技术领域

本发明涉及能源设备领域，尤其是涉及一种压电能量采集器。

背景技术

能源问题是当今世界最为关注的热点话题。各国研究员都在一直努力的寻找和开发新的能源。在最近几年，随着无线传感网络的高速发展，无线传感网络得到了广泛的应用。尤其是传感结点尺寸的减少、重量轻，消耗功率大大减少，所以传感结点在各个领域应用得到了广泛的利用，如用于工业、农业、通信、国防、航空航天、医学领域。低功耗、小尺寸、低成本的传感结点，能够通过无线通信方式组成分布式、自组织的无线传感网络。大多数的无线传感网络都是通过电池供给能量，但无线传感体积微小，自身携带电池能量有限，不能够满足长期供电的需求。如有些传感器被安装在野外，或者用于野生动物的跟踪与定位装置，当电池用完电后，更换电池特别麻烦，也增加一定的成本问题，尤其对于那些深山野外的地方，更换电池更加困难，并且当电池用完以后丢掉具有污染环境问题。根据众多问题，研究者寻求新的能源，为那些传感网络结点提供永不枯竭的能量，所以自供能技术得到广泛的应用。自供能即能量采集，是将环境中其他形式的能量转化成电能，为电子设备提供能量，尽管环境中的能量非常微弱，但由于微功耗产品所消耗的能量降到微瓦到毫瓦数量级别，这使得采集环境中的能量为电子设备供电成为了可能。环境中存在许多能量，如太阳能、振动能、热能、人体能，但太阳能、热能受环境气候的影响，不能保证全天的存在，所以振动能得到很大的发展，由于不受地方限制，振动无处不在。目前，电磁式、静电式、压电式是三种主要的振动式能量采集方法，与电磁式与静电式相比，基于压电效应的能量采集装置结构简单，并且可由微机电技术实现，从而得到微型化的发电装置。压电装置以压电材料为核心元件，通过压电效应将外界中的振动能转化成电能，并加以利用。压电材料具有能量密度大、无污染、结构简单、转化效率高、机电耦合系数高、成本低、无电磁干扰的发电材料。

然而，传统的发电装置比较简单，往往由单个悬臂梁构成，悬臂梁由黄铜和压电陶瓷片通过导电胶粘在一起，一端固定，另一端放一个质量块，即构成了简单的悬臂梁发电装置。该装置在末端施加一个振动源，就可以产生电压或电流，只有在振动源的频率与装置的谐振频率相同时，输出电压比较高。但该装置所选用的悬臂梁材料柔韧度比较差，弯曲度也较差，并且只有在振动源频率与装置谐振频率相等时，电压输出比较高，所以存在谐振频率单一，带宽窄，发电量低的缺陷，无法满足采集存储。另外该装置对振动敏感度较差，即起振条件较高，并且整个发电装置(包括质量块)的质量偏重，降低了上下自由摆动的趋势。

发明内容

基于此，有必要提供一种对振动敏感度高、带宽较宽、质轻且输出电压较高的压电能量采集器。

一种压电能量采集器，包括支架及压电单元，所述压电单元的一侧固定在所述支架上且能够相对于所述支架摆动；所述压电单元包括第一柔性电路板、第二柔性电路板、压电陶瓷片、第一输出电极及第二输出电极；所述第一柔性电路板与所述第二柔性电路板相对设置，所述压电陶瓷片设在所述第一柔性电路板与所述第二柔性电路板之间且两侧分别与所述第一柔性电路板及所述第二柔性电路板通过导电胶粘接，所述压电陶瓷片呈规则形状，所述压电陶瓷片有多个，多个压电陶瓷片形成多排且每排相邻的压电陶瓷片之间具有间隔，相邻两排的压电陶瓷片错位设置，所述第一输出电极与所述第一柔性电路板电性连接，所述第二输出电极与所述第二柔性电路板电性连接。

在其中一个实施例中，所述压电陶瓷片呈圆形。