一种压电式能量采集器及压电式能量采集方法_2

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的前提下所获 得的所有其他实施方式,都应属于本发明保护的范围。
[0041] 本发明实施例公开一种压电式能量采集器及压电式能量采集方法,可以提高振动 能的能量采集效率。以下分别进行详细说明。
[0042] 请参阅图1,图1是本发明实施例公开的一种压电式能量采集器。如图1所示,本 实施例中所描述的压电式能量采集器,包括:
[0043] 振动台(101),固定连接第一横梁(102)的第一端和第二横梁(103)的第一端;
[0044] 第一横梁(102)背离第二横梁(103)的一侧上固定连接第一质量块(104),第一横 梁(102)背离第二横梁(103)的一侧电连接第一压电层(106),第一压电层(106)上固定 第一金属电极(108),第二横梁(103)背离第一横梁(102)的一侧上固定连接第二质量块 (105),第二横梁(103)靠近第一横梁(102)的一侧电连接第二压电层(107),第二压电层 (107)上固定连接第二金属电极(109),第一横梁(102)电连接第一导线(110)的第一端, 第一导线(110)的第二端连接第二金属电极(109);
[0045] 第一金属电极(108)和负载(113)的第一端通过第二导线(111)连接;第二横梁 (103)电连接第三导线(112)的第一端,第三导线(112)的第二端连接负载(113)的第二 端。
[0046] 本发明实施例中,振动台是任何可以振动的装置,可以用来承载和固定重物,振动 台与第一横梁的连接方式可以是凹槽连接,也可以是螺纹连接,也可以是焊接等固定连接 方式。第一横梁包括第一端和第二端,第一横梁的第一端与振动台固定连接,第二横梁包括 第一端和第二端,第二横梁的第一端与振动台固定连接。第一压电层和第二压电层均为绝 缘体,第一金属电极固定在第一压电层上作为导电介质,第二金属电极固定在第二压电层 上作为导电介质。第一横梁和第二横梁可以为金属基板。第一金属电极可以为金属铜片, 优选的,第一金属电极的金属铜片面积大于第一压电层面积的一半,第一金属电极的金属 铜片长度小于或等于第一压电层的长度且第一金属电极的金属铜片宽度小于或等于第一 压电层的宽度,以使第一金属电极的金属铜片与第一压电层的接触面积尽可能大;第二金 属电极可以为金属铜片,优选的,第二金属电极的金属铜片面积大于第二压电层面积的一 半,第二金属电极的金属铜片长度小于或等于第二压电层的长度且第二金属电极的金属铜 片宽度小于或等于第二压电层的宽度,以使第二金属电极的金属铜片与第二压电层的接触 面积尽可能大。
[0047] 需要说明的是,由于压电层的极化方向在制造压电层时可以进行设定,在本发明 实施例中,设定第一压电层和第二压电层的极化方向相同,如图1所示,举例来说,当第一 压电层(106)受到垂直于第一压电层(106)的压力,且第二压电层(107)受到垂直于第二 压电层(107)的压力时,第一压电层(106)与第二压电层(107)表面均产生电荷,此时第一 压电层(106)上表面产生的电荷极性与第二压电层(107)上表面产生的电荷极性相同,第 一压电层(106)下表面产生的电荷极性与第二压电层(107)下表面产生的电荷极性相同, 即第一压电层(106)和第二压电层(107)的极化方向相同。当第一压电层(106)和第二压 电层(107)的极化方向相同时,保证负载(113)上的电压最大,能够最大化将振动能转化为 电能,提高振动能的能量采集效率。
[0048] 优选的,第一横梁与第二横梁平行相对,第一横梁的长度方向和宽度方向与水平 面平行。
[0049] 在一些可行的实施方式中,第一压电层(106)的材料包括无机压电材料或/和有 机压电材料;或/和,
[0050] 第二压电层(107)的材料包括无机压电材料或/和有机压电材料。
[0051] 本发明实施例中,无机压电材料可以为锆钛酸铅陶瓷(PZT)、钛酸铅(PbTi03)钛酸 钡陶瓷(BaTi03)、氮化铝陶瓷(A1N)、氧化锌(ZnO),硫化镉(CdS),铌酸钾钠陶瓷(Nai_xKx) Nb03,钛酸钡(BaTi03),石英晶体(Si02),锗酸铋(Bi12Ge02CI),磷酸二氢钾(KH2P04),铌酸 锂(LiNb03),钽酸锂(LiTa03),铌酸钡钠(Ba2NaNb5015),铌酸锶钡(Sri_xBaxNb206),铌酸钾锂 (K3Li2Nb5015)氧化铍(BeO)等,有机压电材料可以为聚偏氟乙烯(PVDF),聚氟乙烯(PVF),聚 氯乙烯(PVC)。第一压电层的材料可以为无机压电材料中的一种或多种、有机压电材料中的 一种或多种、或者无机压电材料中的一种或多种与有机压电材料中的一种或多种的压电复 合材料,第二压电层的材料可以为无机压电材料中的一种或多种、有机压电材料中的一种 或多种、或者无机压电材料中的一种或多种与有机压电材料中的一种或多种的压电复合材 料。
[0052] 在一些可行的实施方式中,优选的,振动台(101)固定连接第一横梁(102)的第一 端的连接方式为螺纹连接;或/和,振动台(101)固定连接第二横梁(103)的第一端的连接 方式为螺纹连接。
[0053] 本发明实施例中,第一种实施方式中,振动台(101)固定连接第一横梁(102)的第 一端的连接方式为螺纹连接,并且振动台(101)固定连接第二横梁(103)的第一端的连接 方式为螺纹连接;第二种实施方式中,振动台(101)固定连接第一横梁(102)的第一端的连 接方式为螺纹连接,振动台(101)固定连接第二横梁(103)的第一端的连接方式为焊接连 接;第三种实施方式中,振动台(101)固定连接第一横梁(102)的第一端的连接方式为焊接 连接,振动台(101)固定连接第二横梁(103)的第一端的连接方式为螺纹连接;第四种实 施方式中,振动台(101)固定连接第一横梁(102)的第一端的连接方式为螺纹连接,振动台 (101)固定连接第二横梁(103)的第一端的连接方式为凹槽连接;第五种实施方式中,振动 台(101)固定连接第一横梁(102)的第一端的连接方式为凹槽连接,振动台(101)固定连 接第二横梁(103)的第一端的连接方式为螺纹连接;
[0054] 可选的,第六种实施方式中,振动台(101)固定连接第一横梁(102)的第一端的连 接方式为焊接连接,并且振动台(101)固定连接第二横梁(103)的第一端的连接方式为焊 接连接;第七种实施方式中,振动台(101)固定连接第一横梁(102)的第一端的连接方式为 凹槽连接,并且振动台(101)固定连接第二横梁(103)的第一端的连接方式为凹槽连接;第 八种实施方式中,振动台(101)固定连接第一横梁(102)的第一端的连接方式为焊接连接, 振动台(101)固定连接第二横梁(103)的第一端的连接方式为凹槽连接;第九种实施方式 中,振动台(101)固定连接第一横梁(102)的第一端的连接方式为凹槽连接,振动台(101) 固定连接第二横梁(103)的第一端的连接方式为焊接连接。
[0055] 在一些可行的实施方式中,优选的,第一横梁(102)与第一质量块(104)通过粘合 剂固定连接;或/和,第二横梁(103)与第二质量块(105)通过粘合剂固定连接。
[0056] 本发明实施例中,第一种实施方式中,第一横梁(102)与第一质量块(104)通过粘 合剂固定连接;并且第二横梁(103)与第二质量块(105)通过粘合剂固定连接;第二种实 施方式中,第一横梁(102)与第一质量块(104)通过粘合剂固定连接;或者第二横梁(103) 与第二质量块(105)通过粘合剂固定连接。
[0057] 可选的,第一横梁(102)与第一质量块(104)通过螺纹固定连接;或/和,第二横 梁(103)与第二质量块(105)通过螺纹固定连接。
[0058] 可选的,第一横梁(102)与第一质量块(104)通过焊接固定连接;或/和,第二横 梁(103)与第二质量块(105)通过焊接固定连接。
[0059] 可选的,第一横梁(102)与第一质量块(104)通过凹槽固定连接;或/和,第二横 梁(103)与第二质量块(105)通过凹槽固定连接。
[0060] 在一些可行的实施方式中,优选的,第一横梁(102)和第二横梁(103)均为导体。
[0061] 本发明实施例中,第一横梁(102)和第二横梁(103)可以均为不锈钢钢片。
[0062] 请参阅图10,图10是本发明实施例公开的另一种压电式能量采集器,如图10所 示,本实施例中所描述的压电式能量采集器,包括:
[0063] 振动台(101),固定连接第一横梁(102)的第一端和第二横梁(103)的第一端;
[0064] 第一横梁(102)背离第二横梁(103)的一侧上固定连接第一质量块(104),第一横 梁(102)背离第二横梁(103)的一侧电连接第一压电层(106),第一压电层(106)上固定 第一金属电极(108),第二横梁(103)背离第一横梁(102)的一侧上固定连接第二质量块 (105),第二横梁(103)靠近第一横梁(102)的一侧电连接第二压电层(107),第二压电层 (107)上固定连接第二金属电极(109),第一横梁(102)电连接第一导线(110)的第一端, 第一导线(
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