[实用新型]一种圆盘式压电能量收集装置

说明书

本实用新型涉及一种圆盘式压电能量收集装置，包括压电材料、衬底、质量块及传导导杆，压电材料设置在衬底的一面，并位于衬底的中心处，机械振动传导导杆设置在衬底的另一面，并位于衬底的中心处，质量块固定设置在衬底边缘且与衬底同轴配合，衬底采用可以改善受力分布的镂空结构。与现有技术相比，本实用新型提高了压电材料的机‑电转换效率，并降低了整体装置的重量，进而提高了单位质量的能量收集效率，达到了压电能量收集装置轻量化的目的。

技术领域

本实用新型涉及能量机电转换领域，尤其是涉及一种圆盘式压电能量收集装置。

背景技术

近年来，全球对无线传感器和小型电子设备的需求不断增加。大多数无线传感器和小型电子设备主要依靠电池供电。然而，对于军用电子设备和便携式可穿戴设备来说，携带和更换电池几乎是不可能的任务。因此，需要创新小装置的能源供应方式。研究表明，微电子器件可以通过将生活中广泛存在的机械能转化为电能，在一定程度上为自身提供能量。圆盘式能量收集装置在振动储能方面具有很大的潜力，对圆盘式能量收集装置进行结构方面的优化有利于其广泛应用。

现有技术的圆盘式能量收集装置结构如图1、图2所示，主要组成部分包括：压电材料1、衬底2、质量块3和机械振动传导导杆4，机械振动通过传导导杆4向上传导，边缘自由振动带动压电材料1变形，通过压电效应输出电能，但这一结构将最大应力应变区集中在机械振动传导导杆4的边缘附近，外部及靠近边缘的区域几乎没有得到利用，整体装置利用率不高。

因此，需要开发一种新型的圆盘式压电能量收集装置，以改善最大变形区域的分布，提高能量收集的效率。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可以提高压电材料的利用效率、改善最大应力应变分布区域并实现轻量化的圆盘式压电能量收集装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种圆盘式压电能量收集装置，包括压电材料、衬底、质量块及传导导杆，所述的压电材料设置在衬底的一面，并位于衬底的中心处，所述的传导导杆设置在衬底的另一面，并位于衬底的中心处，所述的质量块固定设置在衬底上，所述的衬底采用可以改善受力分布的镂空结构。衬底上的镂空区域改善了受力分布，使得衬底更容易变形并且将最大受力部分向外移动，提高了边缘部分压电材料的利用率，使得10g的质量块就可以达到原先20g质量块的输出，达到轻量化的目的；使用直径为16mm的压电圆片即可达到原先使用直径为25mm的压电圆片的输出功率，提高了整体器件的利用率。

进一步地，所述的衬底的中心设有实心区域，边缘沿周向均匀布设有4-15个扇形镂空区域。

进一步地，所述的实心区域的直径为16-19mm，厚度为0.2mm。

进一步地，所述的压电材料为圆形薄片压电陶瓷材料。

进一步地，所述的圆形薄片压电陶瓷材料的直径为12-25mm，厚度为0.2mm。

进一步地，所述的圆形薄片压电陶瓷材料为PZT-5H陶瓷片。

进一步地，所述压电材料的直径与衬底的直径比为0.39-0.6:1，所述衬底的直径与传导导杆的直径比为6.83:1。

进一步地，所述的质量块呈环形，并固定在衬底边缘。

进一步地，所述的质量块的质量为10-20g。

进一步地，所述的压电材料通过环氧树脂胶粘结在衬底的一面。

本实用新型中，能量收集装置采用中心固定，边缘自由的振动模式进行能量收集。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点；

(1)装置通过镂空衬底，调节最大形变区域的位置，提高了压电材料整体利用效率；