专利名称：一种压电型能量收集单元及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可以将人体踩踏、车辆行驶、飞机起飞降落等机械运动产生的机械能转化为电能的技术，具体说，是涉及一种采用压电材料，利用压电材料的压电效应制作的可以将机械能收集，转化成电能的压电型能量收集单元及其应用，属于能源器件技术领域。
背景技术：
收集机械振动的压电型能量收集器已被初步研究，目前主要有三种形式的振动型能量收集器件静电式、电磁式和压电式。静电式应用平板电容器原理，需要外接电源；电磁式采用电磁互感效应，通过线圈和磁铁的相互运动，将机械能转化为电能，这种方式机电转化效率较低，并且容易受到电磁干扰；压电式利用了压电材料的压电效应，通过压电材料受力变形产生电荷的方式将机械能转化为电能，体积小，能量密度高。压电材料是一种在外力作用下可以产生电荷的功能材料，它有压电单晶、压电陶瓷、有机压电材料、复合压电材料等多种类型。压电材料必须极化后才能使用，极化后的压电材料表现出极性，当受外力作用时，压电材料表面就会有电荷产生，这就是压电效应；相反地，如果压电材料上下表面施加电场，它就会产生形变，这是逆压电效应。根据IEEE标准 176(1978)，压电材料的本构方程为
权利要求
1.一种压电型能量收集单元，其特征在于包括压电振子和简支梁支撑结构，压电振子安装在简支梁支撑结构中；所述简支梁支撑结构包括底板、垫板、限位板和顶板，顶板上方设有盖板，盖板下端固定连接有冲击块；在所述垫板、限位板和顶板的中心对称位置均设有安装压电振子所需的凹槽；垫板、限位板、顶板的两侧设有定位孔和弹簧孔；底板两侧设有定位孔和盲孔；盖板两侧设有盲孔，中部设有螺孔；盲孔和弹簧孔之间的空腔内设有弹ο
2.根据权利要求1所述的压电型能量收集单元，其特征在于所述压电振子为单晶片结构、双晶片结构、叠层结构、铙钹结构、THUNDER结构或RAINBOW结构。
3.根据权利要求2所述的压电型能量收集单元，其特征在于所述压电振子为单晶片结构，由基底材料和压电材料组成，在基底材料的正面粘结有压电材料，且在基底材料和压电材料上分别焊接有一根导线。
4.根据权利要求3所述的压电型能量收集单元，其特征在于所述单晶片的形状为矩形、圆形或弯曲形。
5.根据权利要求2所述的压电型能量收集单元，其特征在于所述压电振子为双晶片结构，由基底材料和压电材料组成，在基底材料的正反面分别粘结有压电材料，且上、下两压电材料之间以导线形成并联，一根导线焊接在基底材料上，另一根导线焊接在压电材料的电极层上。
6.根据权利要求2所述的压电型能量收集单元，其特征在于所述压电振子为双晶片结构，由基底材料和压电材料组成，在基底材料的正反面分别粘结有压电材料，且在上、下两压电材料的电极层上均焊接有一根导线以形成串联。
7.根据权利要求3、5或6所述的压电型能量收集单元，其特征在于所述基底材料采用铍铜、锰钢、不锈钢或聚乙烯制成。
8.根据权利要求3、5或6所述的压电型能量收集单元，其特征在于所述压电材料采用压电陶瓷材料、压电单晶材料、无铅压电材料或有机压电材料制成。
9.根据权利要求1所述的压电型能量收集单元，其特征在于所述冲击块的横截面形状为正六边形、矩形或圆形。
10.根据权利要求1所述的压电型能量收集单元，其特征在于所述底板、垫板、限位板、顶板和盖板均由绝缘材料制成；所述冲击块采用弹性橡胶制成。
11.一种权利要求1所述的压电型能量收集单元的应用，其特征在于由所述的压电型能量收集单元与负载电路串接构成供电单元，所述负载电路由整流电路、直流变压器和无线传感器节点串接而成。
12.根据权利要求10所述的压电型能量收集单元的应用，其特征在于所述的供电单元用于收集环境的振动能为监测建筑物和/或机动设备疲劳状态的无线传感器节点供电。
13.—种权利要求1所述的压电型能量收集单元的应用，其特征在于由若干个所述的压电型能量收集单元组合形成压电型能量收集模块。
14.根据权利要求13所述的压电型能量收集单元的应用，其特征在于将所述的压电型能量收集模块铺设在室内、地铁站或其它人流密集广场的地面下。
15.根据权利要求14所述的压电型能量收集单元的应用，其特征在于在所述地面下的沙土层上留出铺设所述的压电型能量收集模块的凹槽，铺设完成后在能量收集模块上方覆盖一层防护材料，并保持与普通地板平齐。
16.根据权利要求13所述的压电型能量收集单元的应用，其特征在于将所述的压电型能量收集模块直接铺设在公路、铁路或飞机场的混凝土下面。
全文摘要
本发明公开了一种压电型能量收集单元及其应用。所述的压电型能量收集单元是由压电振子安装在简支梁支撑结构中。将本发明所述的压电型能量收集单元与负载电路串接可构成供电单元；在桥梁、大坝、楼房等建筑物体内，安装上述的供电单元，可以收集环境的振动能为监测建筑物和/或机动设备疲劳状态的无线传感器节点供电。将若干个本发明所述的压电型能量收集单元组合，可形成压电型能量收集模块；所述的压电型能量收集模块可以像普通地板一样铺设在室内、地铁站或人流密集的广场等处，将人体行走时的能量转换为电能；将所述的压电型能量收集模块直接铺设在公路、铁路或飞机场的混凝土下面，可以将路面的振动能转换为电能。
文档编号H02N2/18GK102324871SQ20111028354
公开日2012年1月18日 申请日期2011年9月22日 优先权日2011年9月22日
发明者任博, 徐海清, 李晓兵, 林迪, 梁柱, 狄文宁, 王东, 王升, 罗豪甦, 许春东, 赵祥永 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所