[发明专利]二维压电能量回收装置及方法

说明书

本发明公开一种二维压电能量回收装置及方法，该装置包括本体，本体由顶盖和基座盖合而成，本体内具有容纳腔，容纳腔内设置有能量回收机构、至少两组滑动导向机构、至少两组力传导机构，至少两组滑动导向机构固定安装于基座的两侧，力传导机构的一端与能量回收机构连接，力传导机构的另一端与顶盖连接，当顶盖接收到二维输入力时，能量回收机构沿滑动导向机构的轴向移动。本发明的方法应用于上述的二维压电能量回收装置。本发明能够通过单个压电陶瓷堆可以收集两个维度内所有方向的机械力所产生的能量，同时具备转换效率高、能量密度大、成本低、适用性广等特点。

【技术领域】

本发明涉及压电发电技术领域，具体的，涉及一种二维压电能量回收装置及应用于该装置的二维压电能量回收方法。

【背景技术】

近些年来，随着微机电系统(MEMS)的发展，许多关于微机电系统的应用都在快速发展。其中，微机电系统的使用寿命通常都取决于自身能量供应装置的工作寿命。所以，作为一种自维持能量供应装置，微型能量回收装置受到人们的广泛关注。

目前，按照工作原理的区别，微型能量回收装置可以分为四类，分别是磁电式、驻极体式、静电式和压电式。每种类别分别都有各自的优点和缺点。其中，压电式微型能量回收装置由于具有小尺寸、简易结构和高能量密度的优点，从而得到了研究者们的高度关注。压电式微型能量回收装置按照所使用的压电陶瓷的形状可以分为压电陶瓷片与压电陶瓷堆，它们分别通过d31和d33压电效应来对机械能进行回收。因为压电陶瓷片在受到较大的力的情况下非常容易损坏，所以大多数基于压电陶瓷片的微型能量回收装置都是应用于回收较小的力所产生的能量。然后，由于压电陶瓷堆具有高压电系数和高刚度的特点，故大多数较大的力所产生的能量都是由基于压电陶瓷堆的微型能量回收装置来进行回收。

申请号为201410711978.9的中国发明专利公开了一种采用压电陶瓷堆的脚踏压电发电装置，申请号为201710724955.5的中国发明专利公开了一种适用于道路压电发电的堆叠式压电换能器。然而，它们只能俘获单一垂直方向上的机械能，其他方向的力所产生的能量被浪费了。通常，一个能量回收装置能够回收越多方向上的力所产生的能量就越实用，为了回收多个方向上的机械能，可以使用多个压电陶瓷堆来实现。

例如，申请号为201310317926.9的中国发明专利公开了一种基于压电陶瓷的能量回收系统及手持设备，其通过采用二维正交安装的多个压电陶瓷片来俘获二维力产生的机械能。申请号为201620073161.8的中国实用新型专利提出了一种全方向压电发电装置，其通过将质量块固定在多个压电陶瓷块上来实现多方向压电振动发电。虽然采用多个压电陶瓷装置可以实现多方向的能量采集，然而，由于多个压电陶瓷不能同时工作，产生的能量密度较低。

另外，现有采用单个压电陶瓷的能量回收装置只能俘获单一方向上的机械能，适用性小。所以，现有多方向能量回收装置是采用多个压电陶瓷来实现，能量密度低。

【发明内容】

本发明的主要目的是提供一种通过单个压电陶瓷堆回收二维方向机械能的二维压电能量回收装置。

本发明的另一目的是提供一种具有转换效率高、能量密度大、成本低、适用性广等特点的二维压电能量回收方法。

为了实现上述的主要目的，本发明提供的二维压电能量回收装置包括本体，本体由顶盖和基座盖合而成，本体内具有容纳腔，容纳腔内设置有能量回收机构、至少两组滑动导向机构、至少两组力传导机构，至少两组滑动导向机构固定安装于基座的两侧，力传导机构的一端与能量回收机构连接，力传导机构的另一端与顶盖连接，当顶盖接收到二维输入力时，能量回收机构沿滑动导向机构的轴向移动。

进一步的方案是，能量回收机构包括压电元件以及压力放大器，压电元件的两端与压力放大器的压力输出端连接。

更进一步的方案是，压电元件为单个压电陶瓷堆。

更进一步的方案是，压力放大器为两级菱形柔性压力放大器。