[发明专利]一种加筋结构的仿生优化压电能量收集装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于风致振动的压电能量收集装置，尤其涉及一种加筋结构的仿生优化压电能量收集装置，属于新能源转化收集领域。

背景技术

随着人类科学技术水平的提高，可穿戴设备变得越来越普遍，应用在相当多的领域，但是如何为可穿戴设备进行供能成为需要解决的一个难题。可穿戴设备在连续工作的时候，由于工况的原因总会导致电池难以充电，电能耗尽影响设备工作的问题，寻找可穿戴设备长时间工作时连续供能的新方法成为了一个新兴的热门问题。

所以利用风能来收集能量成为了一个热点的选择，风能具有获取方便、环保无污染而且储量巨大等一系列优点。除了传统的目前比较成熟的风力发电技术，采用风致振动能量收集装置进行储能也逐渐成为一种可行的选择。

目前，为了更有效的收集风能，国内外的研究人员进行的大量的相关研究。例如，专利CN106382191A提出了一种压电能量收集装置，利用预压弹簧、弯曲梁和悬臂梁的配合，利用临界屈曲状态下的弯曲梁在风致载荷的条件下产生较大响应，带动悬臂梁产生振动的方法收集电能。

但是，目前国内外的已有研究成果都存在着一些问题，例如结构复杂、体积过大、低风速下能量收集效率低等缺点，并不适宜使用在可穿戴设备上。如何将能量收集装置轻量化、结构简单化，同时还保证在日常生活中，即低风速条件下能量收集装置的收集效率成为了目前需要迫切解决的一个难题。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种加筋结构的仿生优化压电能量收集装置。

本发明的目的是这样实现的：包括悬臂梁、通过铰链设置在悬臂梁长边上的加筋薄片，所述加筋薄片是等腰三角形薄片，加筋薄片通过导线与储能元件连接。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述加筋薄片是指在等腰三角形薄片的底边中点与顶点之间、底边中点与两腰中点之间分别设置有加强筋，三条加强筋构成叶片主脉结构。

2.加筋薄片的材料是PVDF聚偏氟乙烯压电薄膜，所述加强筋材料为PE塑料，悬臂梁材料为PZT压电陶瓷材料。

3.加筋薄片的底边与悬臂梁的长边平行设置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用的结构具有轻质、简单、廉价并且具有较强的刚度；能够应用在多种环境；安装、维护简单等一系列优点。采用的整体结构既保证了整个结构的刚度和稳定性，又能保证机构能够较易的进行颤振，从而收集能量。在薄片上采用加筋结构可以增强PVDF薄片的刚度，提升薄片的基频频率及低阶频率，进而提高能量收集的效率。本发明为新能源收集在实际生活中的应用，解决了一般能量收集装置无法为可穿戴设备工作、且大部分能量收集装置能量收集效率偏低的问题。

附图说明

图1显示为本发明加筋结构的压电能量收集装置的结构示意图。

图2显示为本发明加筋结构的压电能量收集装置的一种实施方式示意图。

图中：1加筋薄片；2悬臂梁；3轻质铰链。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

请参阅图1与图2。须知，本说明书所附图示所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解及阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。并且，本发明中的结构其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明第一方面提供一种适用于低风速条件的，采用经过改进的悬臂梁结构来收集电能的能量收集装置。包括悬臂梁2以及三角形结构的柔软的加筋薄片1，悬臂梁2与薄片1之间采用连接件相连，连接件优选为轻质铰链3。所述悬臂梁2根据工况不同在所需平面上固定其一侧长边；所述加筋薄片1呈等腰三角形，通过轻质铰链3同悬臂梁2另一侧长边连接，加筋薄片1的底边同悬臂梁2的长边相平行。加筋薄片1通过导线与储能元件连接，加筋薄片1与导线接头采用导电胶粘合。

三角形结构薄片选用弹性模量较低的均匀材料制作，该薄片的形状为底为8cm，高为8cm的等腰三角形。材料为PVDF聚偏氟乙烯压电薄膜，薄片的厚度以该薄膜的厚度为准，一般为100μm。