专利名称：一种柱状多方向压电发电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及能源技术领域，特别是涉及一种柱状多方向压电发电装置。
背景技术：
可携带电子器件和无线传感网络在过去几十年得到了快速的发展，尤其在人体健康检测系统、环境控制系统、嵌入式系统、军事安全应用系统和野外动物跟踪器件等方面得到了广泛的应用。通常，这些器件依靠传统的电化学电池提供能量。随着复杂数字系统集成技术的高速发展，微电子器件在尺寸和能耗方面大大减小，然而这些器件的电源由于体积较大，成为其发展的瓶颈之一。而电池相对于微电子器件而言体积庞大、寿命短、化学毒性污染严重，而且需要定期更换，这给处于远距离需要长时间提供能量的无线传感器带来了很多的不便和经济负担；尤其对于嵌入在衣服、人体和动物体内的电子系统，更换电池是相当困难甚至是不可能的事情。因此，为了获得长期甚至无限生命周期的自主供电系统，各国研究者研究从周围环境中收集能量以便给电子器件供电，目的是取代传统电池为MEMS和低功耗的无线传感网络供电。把周围环境存在的能量(包括热能、风能、声能、水能、太阳能、电磁波、光、机械振动能和人类活动能等)的一种或者多种收集起来转换成电能，然后直接给电子器件供电或者存储在电容器、超级电容器或可充电的电池等储能器件中，这个过程即为能量收集。从各种能量源中收集能量的方法有电磁式、静电式和压电式等三类。与其他的发电原理相比，压电发电具有结构简单、不发热、无电磁干扰、无污染和易于实现机构的微小化、集成化等诸多优点，且能满足此类低耗能产品的供能需求。目前压电发电装置普遍存在发电效率低的问题，主要表现产生的电压低、电量小。悬臂梁压电振子具有振动频率低、能量转化效率高和易于集成化等优点，因此目前备受关注。但是，单悬臂梁压电振子发电能力比较低，电量太小，另外环境中的振动源振动频率往往不稳定，单悬臂梁对振动频率变化很敏感，不易实现与环境振动源振动频率的良好匹配，不能充分吸收环境中的振动能。另外，环境中的振动能量往往是无规则的多方向传递，单悬臂梁只能对某一方向上的振动能量比较敏感，而不能全方位收集环境振动能量，这将导致压电发电装置的能量转化效率低下。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种柱状多方向压电发电装置，其由多个悬臂梁压电振子组成，各压电振子沿柱状固定座轴向和径向均匀分布，能够高效收集各个方向传输的环境振动能量，发电效率高。为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是:提供一种柱状多方向压电发电装置，该柱状多方向压电发电装置包括多个悬臂梁压电振子的一端均固定于圆柱底座上，所述悬臂梁压电振子以圆柱底座的圆心为中心成环行阵列分布，同时多个悬臂梁压电振子沿圆柱底座轴向依次上下交错分布，所述各个悬臂梁压电振子大小均不同；
优选的是，所述悬臂梁压电振子包括金属基体、压电陶瓷片和方形质量块依次叠放粘贴在一起；
优选的是，所述圆柱底座包括三个圆盘状底座单体在一定压力下粘贴在一起。本发明的有益效果是:本发明一种柱状多方向压电发电装置，其由多个悬臂梁压电振子组成，各压电振子沿柱状固定座轴向和径向均匀分布，能够高效收集各个方向传输的环境振动能量，发电效率高。
图1是本发明一种柱状多方向压电发电装置的结构示意 图2是本发明一种柱状多方向压电发电装置的俯视 图3是本发明一种柱状多方向压电发电装置的压电振子细节放大图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明较佳实施例进行详细阐述，以使发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。请参阅图1至图3，本发明实施例包括:
一种柱状多方向压电发电装置，该柱状多方向压电发电装置包括多个悬臂梁压电振子2的一端均固定于圆柱底座I上，所述悬臂梁压电振子2以圆柱底座I的圆心为中心成环行阵列分布，同时多个悬臂梁压电振子2沿圆柱底座I轴向依次上下交错分布，所述各个悬臂梁压电振子2大小均不同；所述悬臂梁压电振子2包括金属基体21、压电陶瓷片22和方形质量块23依次叠放粘贴在一起；所述圆柱底座I包括三个圆盘状底座单体11在一定压力下粘贴在一起。—种柱状多方向压电发电装置的工作原理:压电材料具有正压电效应和逆压电效应。当压电材料受到外力产生变形时，会引起材料内部正负电荷中心发生相对位移而产生电的极化，从而导致材料两个表面上出现符号相反的束缚电荷，这种性质为正压电效应。当在压电材料两表面施加电场时，压电材料得内部正负电荷中心发生相对位移，导致材料变形，这称为逆压电效应。压电发电装置就是通过压电材料的正压电效应将环境中的振动能转化为电能。为提高该装置的发电效率，要求压电振子工作在谐振状态下，也就是当环境振动源的振动频率等于压电振子的固有频率时，压电振子产生共振，压电陶瓷片内的应力和应变将达到最大，从而使输出的能力达到最大。而周围环境振动能量的频率是不断变化的，这样具有特定固有频率的压电振子很难与环境能量产生谐振。为了实现压电振子与环境振动频率的良好匹配，将各个压电振子设计成不同大小，每个压电振子具有不同的固有频率，这样可以与在一定范围内变化的环境振动能量相匹配，从而提高整个装置的发电效率。本发明一种柱状多方向压电发电装置，其由多个悬臂梁压电振子组成，各压电振子沿柱状固定座轴向和径向均匀分布，能够高效收集各个方向传输的环境振动能量，发电效率高。以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
权利要求
1.一种柱状多方向压电发电装置，其特征在于:该柱状多方向压电发电装置包括多个悬臂梁压电振子的一端均固定于圆柱底座上，所述悬臂梁压电振子以圆柱底座的圆心为中心成环行阵列分布，同时多个悬臂梁压电振子沿圆柱底座轴向依次上下交错分布，所述各个悬臂梁压电振子大小均不同。
2.根据权利要求1所述的一种柱状多方向压电发电装置，其特征在于:所述悬臂梁压电振子包括金属基体、压电陶瓷片和方形质量块依次叠放粘贴在一起。
3.根据权利要求1所述的一种柱状多方向压电发电装置，其特征在于:所述圆柱底座包括三个圆盘状底座单体在一定压力下粘贴在一起。
全文摘要
本发明公开了一种柱状多方向压电发电装置，该柱状多方向压电发电装置包括了多个悬臂梁压电振子，其一端均固定于圆柱底座上，所述悬臂梁压电振子以圆柱底座的圆心为中心成环行阵列分布，同时多个悬臂梁压电振子沿圆柱底座轴向依次上下交错分布，所述各个悬臂梁压电振子大小均不同。通过上述方式，本发明是由多个悬臂梁压电振子组成，各压电振子沿柱状固定座轴向和径向均匀分布，能够高效收集各个方向传输的环境振动能量，发电效率高。
文档编号H02N2/18GK103107740SQ201310073779
公开日2013年5月15日 申请日期2013年3月8日 优先权日2013年3月8日
发明者汪红兵, 孙春华, 李志荣, 李振兴 申请人:苏州市职业大学