[实用新型]一种基于压电元件的半球形振动能量收集装置

说明书

本实用新型公开了一种基于压电元件的半球形振动能量收集装置，包括：半球壳形的复合压电元件、底座和接头部，其中：半球壳形的复合压电元件包括由外到内依次连接的外聚合物层、外电极层、压电层、内电极层和内聚合物层；底座包括用于固定半球壳形的复合压电元件的复合压电元件定位槽和用于容纳接头部的接头部容纳腔；接头部包括外电极体和内电极体，作为将半球壳形的复合压电元件产生的电能输出的电极。本实用新型的振动能量收集装置结构形式新颖，便于模块化生产和组装，适于大规模应用。

技术领域

本实用新型涉及一种基于压电元件的半球形振动能量收集装置，属于利用压电效应产生电能的领域。

背景技术

伴随着能源消费的持续增长和能源资源分布集中度的日益增大，对能源资源的争夺将日趋激烈，争夺的方式也更加复杂。同时，化石能源对环境的污染和全球气候的影响将日趋严重。面对能源挑战，只有调整国家能源结构，大力发展新能源与可再生能源，注重对已有能源的回收利用，才能保证我国能源供应安全，促进战略性新兴产业发展，实现能源与经济、社会、环境的协调发展与可持续发展。在交通流量网日益壮大的今天，如何把汽车、自行车、行人等在道路交通中散失的能量收集并加以利用，已经成为能源回收利用的一个崭新突破点，日益受到各国科学家的重视。

目前常用的收集道路能量的方法是基于压电效应的，利用压电材料的压电效应将由于冲击和振动产生的机械能通过压电振子向电能转化，使输出功率能够满足使用要求。利用道路能量收集装置可具有一系列优点，如能量密度高，可以直接产生合适的电压，无需施加起始电压，结构设计无限制，无电磁干扰等。基于这些优点，此项技术得到迅速发展。同济大学的道路与交通工程教育部重点实验室，研究了基于压电效应的沥青路面能量收集技术的可行性和换能效率，试验验证了压电式路面能量收集技术方案的可行性。以色列的一家公司于2008年宣布研制出了基于压电换能器的路面能量收集系统。

上述这些能量收集系统共同的特点在于通过设置在路面下的压电元件，收集路面的振动，并转化为电能利用。但是这些系统中不同程度的存在结构复杂，大规模应用受到限制等问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：针对现有技术存在的缺陷，提供一种结构新颖简洁，便于模块化生产和组装，适于大规模应用的基于压电元件的振动能量收集装置。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

本实用新型提供的一种基于压电元件的半球形振动能量收集装置，包括：半球壳形的复合压电元件、底座和接头部，其中：半球壳形的复合压电元件包括由外到内依次连接的外聚合物层、外电极层、压电层、内电极层和内聚合物层；底座包括用于固定半球壳形的复合压电元件的复合压电元件定位槽和用于容纳接头部的接头部容纳腔；接头部包括外电极体和内电极体，作为将半球壳形的复合压电元件产生的电能输出的电极。

进一步的，压电层包括多个间隔设置的压电陶瓷块和位于多个压电陶瓷块之间的有机高分子体。

进一步的，底座基本呈扁圆柱形，还包括：突出于底座上表面的外定位环和内定位环，其中，外定位环和内定位环同心设置，并且外定位环和内定位环之间形成用于固定半球壳形的复合压电元件的复合压电元件定位槽；外集电环和内集电环，其中，外集电环和内集电环同心设置，并且均暴露于位于复合压电元件定位槽底部的定位槽底面，以使得在半球壳形的复合压电元件安装在底座上的状态下，外电极层与外集电环电连接，内电极层与内集电环电连接。

进一步的，底座还包括：在接头部容纳腔附近的外集电环引出部和内集电环引出线；并且其中，外集电环引出部与外集电环电连接，并从外集电环向下延伸至接头部容纳腔的内圆周表面，以使得在接头部安装在底座上的状态下，外集电环引出部与外电极体电连接；内集电环引出线与内集电环电连接，并从内集电环向下延伸至接头部容纳腔的中心轴线，之后水平延伸至接头部容纳腔的里侧表面，以使得在接头部安装在底座上的状态下，内集电环引出线与内电极体电连接。