TWI590578B - Piezoelectric pumping device - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種汲能裝置，特別是指一種利用海浪與風驅動發電的壓電式汲能裝置。
隨著環保意識的抬頭，世界各國都致力於發展低污染的環保潔淨能源，例如風力發電、太陽能發電等。由於地球表面大部分被海洋所覆蓋，且因為月球引力與氣候關係，海浪會自然地產生並持續衝擊海岸線，且海岸線的風力通常較強，所以海浪沖擊力與海岸處的風力都是一種源源不絕的天然機械能，因此，有越來越多的研究單位開始研究發展利用海浪與風力進行發電的技術，但目前海浪發電與風力發電的設備成本偏高，且機具龐大，而仍有改進的空間。
因此，本發明之目的，即在提供一種利用海浪及/或風力進行發電的壓電式汲能裝置。
於是，本發明壓電式汲能裝置，適用於設置在一個可被海浪及/或風沖擊處，包含一個內部界定出一個安裝空間的機殼，及分別安裝於該機殼之一個壓電模組、一個彈性件與一個衝擊板，該壓電模組是設置於該安裝空間內，包括至少一個壓電晶片單元，及一個夾固該壓電晶片單元且可帶動該壓電晶片單元相對該機殼位移的夾具單元，該壓電晶片單元具有一個可被驅動震盪而產生電力的壓電晶片，及兩個電連接被覆於該壓電晶片兩相反側面以輸出電力的電極。該彈性件是安裝於該夾具單元與該機殼間，可被彈性頂推而傳動該夾具單元帶動該壓電晶片單元震盪發電。該衝擊板是可相對位移地穿插外露於該機殼外，並可被相對該機殼推移衝擊該夾具單元，而驅使該夾具單元彈性頂推該彈性件產生震盪。
本發明之功效在於：透過該壓電式汲能裝置的結構設計，本發明確實能夠有效利用大自然中源源不絕的海浪與風力，來驅動該等壓電晶片單元震盪產生壓電效應而發電，整體結構簡單並易於製造，是一種非常創新的發電技術。
參閱圖1、2、5，本發明壓電式汲能裝置2之實施例，適用於多個一組地安裝在海岸的一個堤防800上，而可利用海浪900與風力進行發電，該堤防800具有一個延伸設置於海平面上方且可被海浪900往上衝擊的衝擊面801，該等壓電式汲能裝置2是佈設於衝擊面801，且會電連接於一個蓄電設備（圖未示），可將產生之電力傳輸儲存於該蓄電設備。
該壓電式汲能裝置2包含一個機殼3，及分別安裝於該機殼3之一個壓電模組4、一個彈性件5與一個衝擊單元6。
該機殼3包括一個開口朝下的中空殼本體31，及一個覆蓋該殼本體31開口地鎖設固定於該殼本體31底端之底蓋32，且該殼本體31與該底蓋32相配合界定出一個安裝空間30，該殼本體31頂端穿設有一個可供排出氣體與穿置導電線400的排氣孔311，該底蓋32上下穿設有一個與該安裝空間30連通的安裝孔321。
參閱圖3、4、5，該壓電模組4是可上下軸向位移地安裝於該安裝空間30內，包括多個上下間隔之壓電晶片單元42，及一個夾固該等壓電晶片單元42且可相對該機殼3上下軸向位移之夾具單元41。該夾具單元41包括多個上下依序疊接且兩兩上下接合以分別夾固定位一個壓電晶片單元42的環狀夾片411，及多個上下穿設於該等夾片411並將該等夾片411鎖固在一起之鎖接組件413，且該等上下接合之夾片411的相向側間分別相配合界定出一個用以夾置定位各別之壓電晶片單元42的嵌置槽412。
每一個壓電晶片單元42包括一個由壓電材料製成之片狀壓電晶片421，及兩個分別電連接被覆固定於該壓電晶片421頂面與底面之電極422，該壓電晶片421可被驅動產生軸向震盪而產生電力，該等電極422可導接輸出該壓電晶片421震盪產生之電力。在本實施例中，會以導電線400電連接該等電極422，且會將該導電線400往上延伸穿經該排氣孔311而延伸出該機殼3外，並電連接於該蓄電設備，而可利用該蓄電設備儲存該壓電晶片單元42產生並輸出之電力。
在本實施例中，該壓電晶片421所使用之壓電材料是選自於單晶系壓電材料、多晶系壓電材料、高分子壓電材料，以及上述壓電材料之一種組合。所述單晶系壓電材料可以是石英（quartz）、酒石酸鉀鈉（rochelle salt）、硫酸鋰（lithium sulfate）或鈮酸鋰（lithium niobate）等，所述多晶系壓電材料可以是鋯鈦酸鉛（lead zirconate titanate, PZT）、鈦酸鋇（barium titanate）或氧化鋅（zinc oxide）等，所述高分子壓電材料可以是PVDF（polyvinylidene fluoride）等。但實施時，該壓電晶片421不以上述種類為限。
參閱圖5、6、7，該彈性件5是可被上下彈性壓縮而上下震盪地同軸安裝連結於該殼本體31與該夾具單元41間，是以其頂端安裝固定於該殼本體31之頂壁底面，而以其底端同軸安裝固定於最頂側之夾片411的頂面。在本實施例中，該彈性件5為彈簧，可被該夾具單元41軸向往上彈性頂推壓縮。
該衝擊單元6包括一個可上下位移地往上同軸穿插於該安裝孔321中的受力板61，及一個鎖固於該受力板61頂端且限位於該安裝空間30內的衝擊板62。該受力板61具有一個上下軸向延伸插裝於該安裝孔321中的軸接部611，及一個同軸固接於該軸接部611底端且徑向外擴突伸之板片狀的板體部612，該衝擊板62是鎖固於該軸接部611頂端，且直徑大於該安裝孔321孔徑，而無法往下通過該安裝孔321地限位靠抵於該底蓋32頂面。該衝擊單元6可被驅動而相對該機殼3在一個往上頂推該夾具單元41底端之衝擊位置，及一個往下脫離該夾具單元41而限位靠抵於該底蓋32頂面之下墜位置間變化。
參閱圖1，本發明壓電式汲能裝置2安裝時，可先在該堤防800的該衝擊面801鑽設多個上下延伸的安裝槽802，然後將多個壓電式汲能裝置2分別往上插裝固定於該等安裝槽802中，使該等衝擊單元6外露於該衝擊面801，並可於該堤防800中佈設用以電連接該等壓電式汲能裝置2與該蓄電設備的導電線400。但實施時，該壓電式汲能裝置2的安裝方式不以此為限。
配合參閱圖5、6、7，該等壓電式汲能裝置2安裝完成後，當海浪900往上衝擊該堤防800之該衝擊面801時，會同時往上衝擊推移每一個衝擊單元6的該受力板61，使該衝擊單元6相對該機殼3上移變化至該衝擊位置，而以該衝擊板62往上撞擊該夾具單元41，進而迫使該夾具單元41與該機殼3上下彈性壓縮該彈性件5。當海浪900退去後，該等衝擊單元6會因為失去往上頂推的力量，而因重力掉落復位至該下墜位置，當該衝擊單元6停止撞擊頂推該夾具單元41後，該彈性件5會往下彈性伸張復形，且因為該壓電模組4是懸吊於該彈性件5底端，所以該彈性件5復形時產生的上下反覆震盪，會直接帶動該壓電模組4產生上下簡諧震盪。實施時，可透過調整該彈性件5的彈性，使該彈性件5傳動產生之簡諧震盪頻率符合該壓電晶片單元42的共振頻率，便可帶動該壓電晶片421產生壓電效應而發電，直至該彈性件5停止震盪，在此震盪期間，可經由該等電極422與導電線400將該壓電晶片421產生的電力傳送至該蓄電設備儲存。
藉此發電方式，當下一波海浪900再次衝擊該衝擊單元6時，便可再次驅動該夾具單元41傳動該彈性件5上下軸向伸縮震盪，並同步傳動該壓電晶片單元42震盪產生壓電效應而發電，所以可利用海浪900的反覆衝擊該等壓電式汲能裝置2來持續進行發電。
在上述實施例中，是以海浪900衝擊該衝擊單元6的方式來驅動該壓電式汲能裝置2發電，但實施時，也可利用風力反覆往上頂推該壓電式汲能裝置2的該衝擊單元6的方式，來驅使該壓電式汲能裝置2產生壓電效應而發電。
在本實施例中，該壓電模組4之該夾具單元41具有多個夾片411，且於兩相鄰夾片411間都設置有一個壓電晶片單元42，但實施時，該夾具單元41之夾片411數量可依需求增減，並對應增減壓電晶片單元42之數量，該夾具單元41可僅設置兩個夾片411，而僅夾設一個壓電晶片單元42，同樣可利用上述方式驅使該壓電晶片單元42進行發電。
綜上所述，透過在該機殼3安裝該壓電模組4、該彈性件5與該衝擊單元6的結構設計，可有效利用海浪900與風力來反覆頂推該衝擊單元6，迫使該衝擊單元6反覆彈性衝擊該夾具單元41，使該彈性件5持續帶動該夾具單元41上下簡諧震盪，進而帶動該等壓電晶片單元42震盪產生壓電效應而發電。所以本發明壓電式汲能裝置2確實能夠有效利用大自然中源源不絕的海浪900與風力等自然力來進行發電，且因整體結構簡單並易於製造，所以可大幅降低整體成本，是一種非常創新的發電技術，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
<TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0002"><TBODY><tr><td> 3········ 機殼 30······ 安裝空間 31······ 殼本體 311····· 排氣孔 32······ 底蓋 321····· 安裝孔 4········ 壓電模組 400····· 導電線 41······ 夾具單元 411····· 夾片 412····· 嵌置槽 413····· 鎖接組件 42······ 壓電晶片單元 </td><td> 421····· 壓電晶片 422····· 電極 5········ 彈性件 6········ 衝擊單元 61······ 受力板 611····· 軸接部 612····· 板體部 62······ 衝擊板 800····· 堤防 801····· 衝擊面 802····· 安裝槽 900····· 海浪 </td></tr></TBODY></TABLE>
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是本發明壓電式汲能裝置的一實施例安裝在一個堤防的側剖示意圖； 圖2是該實施例的立體圖； 圖3是該實施例之立體分解圖； 圖4是該實施例之一個壓電模組的局部側剖圖； 圖5是該實施例之側剖圖，說明一個衝擊板位於一個下墜位置時的狀態； 圖6是類似圖5之視圖，說明該衝擊板位於一個衝擊位置時的狀態；及 圖7是類似圖5之視圖，示意說明該壓電模組上下震盪的情況。
<TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0003"><TBODY><tr><td> 2 ······· 壓電式汲能裝置 3········ 機殼 30······ 安裝空間 31······ 殼本體 32······ 底蓋 321····· 安裝孔 4········ 壓電模組 400····· 導電線 </td><td> 41······ 夾具單元 411····· 夾片 5········ 彈性件 6········ 衝擊單元 61······ 受力板 611····· 軸接部 612····· 板體部 62······ 衝擊板 </td></tr></TBODY></TABLE>
Claims (9)
- 一種壓電式汲能裝置，適用於設置在一個可被海浪及/或風沖擊處，並包含：一個機殼，內部界定出一個安裝空間；一個壓電模組，設置於該安裝空間內，包括至少一個壓電晶片單元，及一個夾固該壓電晶片單元且可帶動該壓電晶片單元相對該機殼位移的夾具單元，該壓電晶片單元具有一個可被驅動震盪而產生電力的壓電晶片，及兩個電連接被覆於該壓電晶片兩相反側面以輸出電力的電極；一個彈性件，安裝於該夾具單元與該機殼間，可被彈性頂推而傳動該夾具單元帶動該壓電晶片單元震盪發電；及一個衝擊單元，可被海浪及/或風沖擊而相對位移地穿插外露於該機殼外，並可相對該機殼推移衝擊該夾具單元，而驅使該夾具單元彈性頂推該彈性件產生震盪。
- 如請求項1所述的壓電式汲能裝置，其中，該夾具單元是可帶動該壓電晶片單元軸向往復位移地安裝於該安裝空間內，該彈性件是可軸向彈性伸縮震盪地固定於該夾具單元與該機殼間，而可傳動該夾具單元帶動該壓電晶片單元軸向震盪。
- 如請求項2所述的壓電式汲能裝置，其中，該彈性件為彈簧。
- 如請求項2所述的壓電式汲能裝置，其中，該夾具單元是可朝該壓電晶片單元之軸向上下往復位移地安裝於該安 裝空間內，該衝擊單元是可相對該機殼上下位移地穿插外露於該機殼底面，可在一個相對該機殼上移衝擊該夾具單元之衝擊位置，及一個相對該機殼下移脫離該夾具單元之下墜位置間變化。
- 如請求項4所述的壓電式汲能裝置，其中，該機殼底面軸向穿設有一個與該安裝空間連通的安裝孔，該衝擊單元包括一個可上下位移地往上穿插於該安裝孔中的受力板，及一個安裝固定於該受力板頂端且直徑大於該安裝孔地限位於該安裝空間內並用以衝擊該夾具單元的衝擊板。
- 如請求項5所述的壓電式汲能裝置，其中，該受力板具有一個上下軸向延伸穿插於該安裝孔中的軸接部，及一個徑向外擴突伸地固接於該軸接部底端的板體部。
- 如請求項1至6任一項所述的壓電式汲能裝置，其中，該夾具單元包括兩個上下接合夾固該壓電晶片單元之環狀的夾片，且該等夾片之相向側面相配合界定出一個供該壓電晶片單元被夾置定位的嵌置槽。
- 如請求項1至6任一項所述的壓電式汲能裝置，其中，壓電模組包括多個上下間隔且被該夾具單元同軸夾固之壓電晶片單元。
- 如請求項8所述的壓電式汲能裝置，其中，該夾具單元包括多個上下依序疊接，且兩兩上下接合以分別夾固定位一個壓電晶片單元的夾片，該等夾片之相向側面分別相配合界定出一個供各別之壓電晶片單元被夾置定位的嵌置槽。
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