[发明专利]一种低频按压式压电发电机

说明书

本发明是一种低频按压式压电发电机，包括圆形底板，环形壁面，上金属基板，下金属基板，上压电片，下压电片，空心管，弹簧，尼龙环，连接环，环形壁面和空心管及弹簧的一侧均固定在圆形底板上，环形壁面和空心管及弹簧的另一侧与下金属基板相连，下压电片粘贴在下金属基板的上表面，上压电片粘贴在上金属基板的下表面，在下压电片上粘贴有尼龙环，在下金属基板的上表面粘贴有连接环，上金属基板的一个边缘与连接环相连，当对上金属基板进行按压时，上金属基板受力向下变形，导致粘贴在上金属基板的上压电片与尼龙环接触，并向粘贴在下金属基板的压电片传递激励，这种结构具有构造简单，省力，成本低的优点，提高了装置的服役寿命。

技术领域

本发明属于新能源发电技术领域，具体的说是涉及一种利用压电效应，可通过按压方式将机械能向电能转换的装置。

背景技术

环境中的机械能可以通过能量收集技术转换为电能，这种能量源常常是低频的。例如，人体自身就是一个很大的能量来源，借助人的按压运动，发展新型的能量收集技术，可以实现小功率的能量收集，特别适用于目前低功耗器件的应用需求，也可用于应急发电领域，该技术克服了传统的以电池为能量源带来的频繁更换，污染大的缺点，是目前物联网领域中亟需发展和完善的关键技术环节。

按压发电装置的代表性应用是无线门铃，其原理是基于电磁感应原理实现按压的动能向电能的转换，已经发展较为成熟，且已经实现商业化，而利用压电效应进行按压式发电的相关研究较少，已有的相关文献中，利用Cymbal结构及压电效应，可以实现大载荷激励下的力电转换，但对小载荷激励并不适用，此外，传统的以悬臂梁为代表的能量收集结构，常常工作在共振频率上，对非共振频率激励条件下的输出功率较低，对低频激励结构较大，且适应性差。

为此，需要设计一种新型的发电机，利用压电效应，将低频小载荷的按压输入转换为电能，实现较高的功率输出，对大载荷输入，应具有一定的保护装置，防止压电片变形过大导致的破碎损坏，此外，在激励频率选择上，不仅能适用于瞬态或非简谐激励，也可以用于简谐激励。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种按压式压电发电机，当粘贴在结构上的压电片受到按压时，通过压电效应来实现机电能量转换，将小载荷的按压输入转换为电能，使其具有较高的功率输出，对大载荷输入，具有一定的保护装置，防止压电片变形过大导致的破碎损坏。此外，在激励频率选择上，应不仅能适用于手指按压等非简谐激励，也可以用于简谐激励。在结构设计上，该装置克服了电磁式按压发电装置结构较为复杂的缺点，并通过助力机构，实现了用较小的输入力即可实现较大的发电输出功率，结构中引入了预应力的机制，通过预应力来提高压电常数，进一步提高发电输出的功率。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明是一种低频按压式压电发电机，包括圆形底板，环形壁面，上金属基板，下金属基板，上压电片，下压电片，空心管，弹簧，尼龙环，连接环，环形壁面和空心管及弹簧的一侧均固定在圆形底板上，环形壁面和空心管及弹簧的另一侧与下金属基板相连，下压电片粘贴在下金属基板的上表面，上压电片粘贴在上金属基板的下表面，在下压电片上粘贴有尼龙环，在下金属基板的上表面粘贴有连接环，上金属基板的一个边缘与连接环相连，当对上金属基板进行按压时，上金属基板受力向下产生变形，导致粘贴在上金属基板的上压电片与尼龙环接触，并向粘贴在下金属基板的压电片和下金属基板传递激励。

本发明的进一步改进在于：圆形底板、环形壁面截面、上金属基板和下金属基板均为圆形。

本发明的进一步改进在于：圆形底板、上金属基板和下金属基板的半径与环形壁面的半径均相同。

本发明的进一步改进在于：空心管的内半径大于弹簧的半径。

本发明的进一步改进在于：空心管的高度小于环形壁面的高度。

本发明的进一步改进在于：弹簧未经压缩的初始高度大于空心管的高度和环形壁面的高度。