CN105897048A - 一种具有较宽谐振频带的压电发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有较宽谐振频带的压电发电装置，包括缓冲层和压电层，所述压电层中设置有压电装置和杠杆机构，所述杠杆机构在缓冲层受到挤压时拨动压电装置，使压电装置产生持续振动。所述杠杆机构包括若干个沿压电发电装置长度方向排列的杠杆单元，所述杠杆单元包括横杆和竖杆，所述横杆绞接于竖杆的顶端，所述杠杆单元还包括竖直设置的弹簧、横向设置于弹簧上的支撑杆、固定设置于支撑杆末端的齿条和与齿条啮合的且用于拨动压电装置的齿轮，所述横杆带动弹簧向上运动。与现有技术相比，本发明利用压电片制作一个压电发电装置，把脚下或者其它的压力通过压电片转换成电能并存储，将以往未加以充分利用的振动能量加以利用。

Description

一种具有较宽谐振频带的压电发电装置
技术领域
本发明涉及发电领域，尤其涉及一种具有较宽谐振频带的压电发电装置。
背景技术
目前已有的压电发电技术主要应用的压电振子的支撑方式包括直接的悬臂支撑、刚性支撑、自由边界支撑和简支支撑，这些结构用于发电结构(地板等)主要具有成本较高、稳定性差、结构笨重、美观不足等缺点，不利于使其市场化、商品化以及推广其使用。同时，相关的应用主要被设计成地板等结构，但由于其切面面积偏大致使整体装置笨重，不利于安装、使用或维护。
另一方面，对于压电发电装置的电能采集方式，目前流行的思路为在简单整流稳压的基础上直接利用超级电容采集电能。但是研究发现，对于不稳定的输入电压以及较小的输入电流，超级电容的充电效果并不理想。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种具有较宽谐振频带的压电发电装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种具有较宽谐振频带的压电发电装置，包括缓冲层1和压电层2，所述压电层中设置有压电装置和杠杆机构，所述杠杆机构在缓冲层受到挤压时拨动压电装置，使压电装置产生持续振动。
进一步，所述杠杆机构包括若干个沿压电发电装置长度方向排列的杠杆单元，所述杠杆单元包括横杆4和竖杆3，所述横杆绞接于竖杆的顶端，所述横杆沿与竖杆的绞接处分为第一段与第二段，所述第二段长于第一段，所述杠杆单元还包括竖直设置的弹簧9、横向设置于弹簧上的支撑杆10、固定设置于支撑杆末端的齿条11和与齿条啮合的且用于拨动压电装置的齿轮12；所述弹簧固接于压电层的底部，所述第二段带动弹簧向上运动。
进一步，所述压电发电装置包括若干个沿压电发电装置长度方向排列的压电发电单元，所述压电发电单元包括悬臂梁8、设置于悬臂梁上的压电片7和设置于悬臂梁自由端的质量块6，所述悬臂梁还包括与自由端相对设置的固定端，所述质量块远离固定端的端面与悬臂梁的末端具有一定距离。
进一步，每个压电发电单元的悬臂梁的长度不同度。
进一步，每个压电发电单元的质量块的重量不同。
进一步，该压电发电装置包括储能装置，所述储能装置包括依次连接的二极管、电容、开关、直流电压转换器和可充电电池，所述二极管与压电装置连接。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
与现有技术相比，本发明利用压电片制作一个压电发电装置，把脚下或者其它的压力通过压电片转换成电能并存储。利用压电片压电效应的特点及原理，将压电片通过压电效应产生电能存储在充电电池中，将以往未加以充分利用的振动能量加以利用。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明的原理图；
图2为压电发电单元的放置示意图；
图3为储能装置的原理框图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
如图1、2所示，一种具有较宽谐振频带的压电发电装置，包括缓冲层1和压电层2，所述压电层中设置有压电装置和杠杆机构，所述杠杆机构在缓冲层受到挤压时拨动压电装置，使压电装置产生持续振动。
所述杠杆机构包括若干个沿压电发电装置长度方向排列的杠杆单元，所述杠杆单元包括横杆4和竖杆3，所述横杆绞接于竖杆的顶端，所述横杆沿与竖杆的绞接处分为第一段与第二段，所述第二段长于第一段，所述杠杆单元还包括竖直设置的弹簧9、横向设置于弹簧上的支撑杆10、固定设置于支撑杆末端的齿条11和与齿条啮合的且用于拨动压电装置的齿轮12；所述弹簧固接于压电层的底部，所述第二段带动弹簧向上运动。
所述压电发电装置包括若干个沿压电发电装置长度方向排列的压电发电单元，所述压电发电单元包括悬臂梁8、设置于悬臂梁上的压电片7和设置于悬臂梁自由端的质量块6，所述悬臂梁还包括与自由端相对设置的固定端，所述质量块远离固定端的端面与悬臂梁的末端具有一定距离。
当缓冲层受到挤压时，压电层中的杠杆机构一端受力向下运动。与此同时，杠杆机构带动齿条向上运动，与齿条啮合的齿轮拨动压电装置振动；当缓冲层不受力时，杠杆机构在自身重力作用下回到原位置，齿条在弹簧的回复力作用下带动齿轮反向拨动压电装置，又能使其再次振动。
每个压电发电单元的悬臂梁的长度不同度，每个压电发电单元的质量块的重量不同。本发明采用多悬臂梁结构，且每个压电发电单元的质量块重量不同，有效地拓宽了谐振频带，进一步提升了机电转换效率。
本实施例中储能装置包括依次电路连接的二极管、电容、开关、直流电压转换器和可充电电池。来自压电发电单元的能量经二极管暂存于电容，当电容电压达到一定值时开关开启，电容开始放电，经直流电压转换器给可充电电池充电；当电容放电后，电压低于设定值时，开关关闭，电容开始充电，如此循环往复，将压电发电单元产生的能量存储在可充电电池中。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种具有较宽谐振频带的压电发电装置，其特征在于：包括缓冲层(1)和压电层(2)，所述压电层中设置有压电装置和杠杆机构，所述杠杆机构在缓冲层受到挤压时拨动压电装置，使压电装置产生持续振动。
2.根据权利要求1所述的压电发电装置，其特征在于：所述杠杆机构包括若干个沿压电发电装置长度方向排列的杠杆单元，所述杠杆单元包括横杆(4)和竖杆(3)，所述横杆绞接于竖杆的顶端，所述横杆沿与竖杆的绞接处分为第一段与第二段，所述第二段长于第一段，所述杠杆单元还包括竖直设置的弹簧(9)、横向设置于弹簧上的支撑杆(10)、固定设置于支撑杆末端的齿条(11)和与齿条啮合的且用于拨动压电装置的齿轮(12)，所述弹簧固接于压电层的底部，所述第二段带动弹簧向上运动。
3.根据权利要求2所述的压电发电装置，其特征在于：所述压电发电装置包括若干个沿压电发电装置长度方向排列的压电发电单元，所述压电发电单元包括悬臂梁(8)、设置于悬臂梁上的压电片(7)和设置于悬臂梁自由端的质量块(6)，所述悬臂梁还包括与自由端相对设置的固定端，所述质量块远离固定端的端面与悬臂梁的末端具有一定距离。
4.根据权利要求3所述的压电发电装置，其特征在于：每个压电发电单元的悬臂梁的长度不同度。
5.根据权利要求4所述的压电发电装置，其特征在于：每个压电发电单元的质量块的重量不同。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的压电发电装置，其特征在于：该压电发电装置包括储能装置，所述储能装置包括依次连接的二极管、电容、开关、直流电压转换器和可充电电池，所述二极管与压电装置连接。
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