專利名稱：一種基于壓電效應的能量回收裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及壓電技術領域，特別涉及一種基于壓電效應的能量回收裝置。
背景技術：
某些電介質在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內部會產生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個相對表面上出現(xiàn)正負相反的電荷；當作用力的方向改變時，電荷的極性也隨之改變；當外力去掉后，它又會恢復到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為壓電效應。現(xiàn)實中一些晶體就存在這種壓電效應，這類晶體在收到擠壓或拉伸的時候，兩端就會產生種類不同的電荷。具有這種性質的晶體被稱為壓電晶體，例如水晶(a-石英)就 是一種較常見的壓電晶體。由此不難想見，利用壓電晶體的上述性質，能夠在一些應用場景下，利用較為簡便的手段將機械能轉化為電能，以便實現(xiàn)某些特別的用途。并且當前階段，能源問題一直是世界各國廣泛關注的一項重大問題。如果能夠利用壓電晶體實現(xiàn)將某些多余的機械能轉變成電能回收利用，必將具有非常重要的實際意義。比如將汽車或其他機械設備的震動利用壓電晶體“收集”起來，將震動帶來的機械能轉變成電能重新利用?，F(xiàn)階段所研究的壓電發(fā)電裝置大多屬于人力發(fā)電機。其中較成熟的一種應用為“壓電發(fā)電鞋”。這種發(fā)電裝置的發(fā)電功率可滿足野外軍事行動中通信聯(lián)絡和無線電跟蹤電子裝置的使用需求。壓電發(fā)電鞋的原理就是把發(fā)電裝置植入鞋底，通過走路時腳對鞋底的沖擊使壓電陶瓷變形而產生電流。該壓電鞋在標準體重和標準步幅下能夠產生250mW的能量。但是這種發(fā)電鞋實際上僅僅是一種人力發(fā)電的裝置，同樣的現(xiàn)階段對于壓電晶體的利用大多數(shù)也局限于類似人力發(fā)電的思路。由于人的重力或力量有限，踩踏發(fā)電鞋的頻率也較低，所以類似的人力發(fā)電裝置只能產生很少的電能，且輸出不穩(wěn)定，不便作為穩(wěn)定電源來使用。而且此類人力發(fā)電裝置并沒有實現(xiàn)有效的利用某些多余的機械能，達到能量回收使用的目的。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于壓電效應的能量回收裝置，所述裝置利用發(fā)動機懸置所傳遞的震動帶來的機械能來產生大量穩(wěn)定的電能。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明有如下技術方案一種基于壓電效應的能量回收裝置，所述裝置包括固定模塊，用于將壓電模塊固定在懸置裝置上；壓電模塊，用于將懸置裝置傳遞的機械能轉換為電能；穩(wěn)壓整流模塊，用于將壓電模塊生成的電能進行穩(wěn)壓整流處理。所述壓電模塊包括壓電元件，具體為壓電元件，用于承受懸置裝置所傳遞的震動機械能，并根據(jù)壓電效應將震動機械能轉換為電能。所述壓電元件呈環(huán)形。所述壓電模塊還包括保護罩，用于覆蓋并保護壓電元件。所述保護罩呈圓錐形，內部設有空腔，空腔與所述壓電元件的形狀尺寸相匹配，壓電元件放置在空腔中；保護罩還設有一個使得所述空腔與外界連通的通孔。所述穩(wěn)壓整流模塊通過所述通孔與壓電元件連接。所述穩(wěn)壓整流模塊包括穩(wěn)壓整流電路，用于對電能進行穩(wěn)壓處理并生成持續(xù)的穩(wěn)壓電流。 所述穩(wěn)壓電路包括變壓器、第一二極管、第二二極管、第三二極管、第一電容、第二電容和直流-直流變換器，具體為第一二極管的陰極連接第一電容的第一端，第一電容的第二端連接第二電容的第一端，第二電容的第二端連接第二二極管的陽極，第二二極管的陰極連接第一二極管的陽極，第三二極管的陰極連接第一二極管的陰極，第三二極管的陽極連接第二二極管的陽極，第三二極管的陰極和陽極同時連接直流-直流變換器；變壓器一側的一端連接第一二極管的陽極，另一端連接第一電容的第二端；變壓器另一側連接壓電模塊。所述直流-直流變換器連接電瓶，利用經過穩(wěn)壓電路后的穩(wěn)壓電流為電瓶充電。通過以上技術方案可知，本發(fā)明存在的有益效果是，利用所述固定模塊將壓電模塊固定在懸置裝置上，使得壓電模塊承受懸置裝置上由于震動帶來的機械能并產生電能，在利用穩(wěn)壓模塊將該電能轉化成穩(wěn)定持續(xù)的電流提供；所述能量回收裝置產生的電能充足而且持久穩(wěn)定，能夠作為常規(guī)的電源進行使用；并且所述裝置將多余的機械能重新轉化為可被利用的電能，實現(xiàn)了能量回收、節(jié)約能源的作用。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發(fā)明實施例中所述能量回收裝置結構示意圖；圖2為本發(fā)明實施例中所述壓電模塊與穩(wěn)壓整流模塊結構示意圖；圖3為本發(fā)明實施例中所述穩(wěn)壓整流電路的電路圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。本發(fā)明所公開的技術方案的主要思路是利用壓電晶體的壓電效應將機械能轉化為電能。所述裝置被固定在懸置裝置上。所述懸置裝置為減少并控制震動的傳遞，同時起到支撐作用的裝置；一般來說懸置裝置都是發(fā)動機的附屬裝置，也就是用于支撐發(fā)動機，并對發(fā)動機的震動起到緩沖作用。固定在懸著裝置上的所述能量回收裝置就可以承受懸置裝置所傳遞的震動帶來的機械能，以此產生電能。參照圖I所示為本發(fā)明所述能量回收裝置的具體實施例。本實施例中，所述裝置包括固定模塊01，用于將壓電模塊固定在懸置裝置上；壓電模塊02，用于將懸置裝置傳遞的機械能轉換為電能；穩(wěn)壓整流模塊03，用于將壓電模塊生成的電能進行穩(wěn)壓整流處理。本實施例為本發(fā)明所述能量回收裝置的基礎實施例。本實施例中固定在懸置裝置上的壓電模塊02收集懸置裝置傳遞震動產生的機械能并生成電能，再通過穩(wěn)壓模塊03進行處理，最終產生能夠被利用的穩(wěn)定持續(xù)的電能。由于懸置裝置傳遞的震動是隨著其所附屬發(fā)動機或其他裝置的運行而持續(xù)的，并且相對于傳統(tǒng)的人力壓電發(fā)電來說，這種震動頻 率更高，所帶來的機械能更加充沛，所述能量回收裝置接收到的能量也就更加穩(wěn)定充足；可見本實施例的有益效果是，利用壓電效應產生持續(xù)穩(wěn)定的電能，并且實現(xiàn)了將震動帶來的多余機械能回收利用。以下為本發(fā)明所述能量回收裝置的另一個具體實施例，本實施例中對于所述壓電模塊和穩(wěn)壓整流模塊的物理形狀和結構給出了更加具體的描述，參照圖2所示為本實施例中所述壓電模塊的結構示意圖。本實施例中，所述壓電模塊包括壓電元件，用于承受懸置裝置所傳遞的震動機械能，并根據(jù)壓電效應將震動機械能轉換為電能；壓電元件為壓電模塊中的核心部分，所述壓電元件由具有壓電效應的材料構成，一般可選用壓電晶體、壓電陶瓷或其他類似材料；本實施例中壓電元件制成圓環(huán)結構；實際應用中，在不影響整體方案的情況下也可以根據(jù)需要將壓電元件的結構設計成其他的形式。保護罩，用于覆蓋并保護壓電元件；本實施例中所述壓電模塊被固定在發(fā)動機懸置裝置上，針對不同類型的發(fā)動機，相應的懸置裝置結構與其傳遞震動的頻率或振幅都存在差異。為了能夠匹配不同功率發(fā)動機的懸置裝置，本實施例中為所述壓電元件配置了保護罩。通過所述保護罩能夠在一定程度上調節(jié)壓電元件所承受的震動帶來的壓力或拉力，又避免了對壓電元件的直接沖擊造成損傷，使得壓電元件的受力不超過最大承載力，壓電元件所產生的變形也不超過最大變形；并且通過設計保護罩的形狀，使得壓電模塊能夠合理的安裝在懸置裝置上；即是說明安裝空間以及能量密度的合理選取都是利用保護罩來實現(xiàn)的。圖2中給出了本實施例中保護罩的具體情況。本實施例中所述保護罩呈圓錐形，由上下兩部分組成，上下兩部分之間設有一個空腔，空腔與壓電元件的形狀尺寸向匹配，壓電元件放入空腔之后保護罩的上下兩部分扣合。保護罩之上還設有一個通孔使得所述空腔與外界連通。壓電模塊中的整流單元通過所述通孔與壓電元件相連接。穩(wěn)壓整流模塊，用于將壓電模塊生成的電能進行穩(wěn)壓整流處理；在震動過程中，壓電元件交替收到壓力與拉力的作用，而在受壓或受拉的過程中其兩端產生的電荷正負相反，也就是說本實施例中壓電元件產生的電能實質上屬于交流電。所以必須利用所述穩(wěn)壓整流模塊，對壓電元件產生的電能進行穩(wěn)壓整流處理，將經過穩(wěn)壓整流的電能輸送出去。所述穩(wěn)壓整流處理就是將交流電轉換成直流。本實施例中，穩(wěn)壓整流模塊的外部物理形狀參照圖2所示，包括大小兩部分立方體，其中小立方體從保護罩的通孔插入，與壓電元件相連接。需要說明的是，本實施例中同樣包括固定模塊，本實施例中所述固定模塊的功能結構與圖I所示實施例一致，在本實施例中不作重復敘述。以下為本發(fā)明所述裝置的又一個具體實施例。本實施例在圖2所示實施例的基礎之上，對于所述穩(wěn)壓整流模塊做出了具體的描述。本實施例中所述穩(wěn)壓整流模塊主要包括穩(wěn)壓整流電路，穩(wěn)壓整流電路用于對壓電 模塊產生的電能進行穩(wěn)壓整流處理，生成持續(xù)的穩(wěn)壓直流電。本實施例中利用該穩(wěn)壓直流電對汽車電瓶進行充電。壓電元件的每次受壓或受拉過程中，生成的電能很少，但電壓較大，不能被大部分電路直接應用。因此必須對壓電模塊生成的電能進行積累和交直流轉換，才能夠真正利用這一部分能量達到為汽車電瓶充電。所以如果想要將壓電模塊產生的電能高效的傳輸給外部設備，穩(wěn)壓整流電路就是所述裝置中不可缺少的一部分。參照圖3所示為本實施例中所述穩(wěn)壓整流電路的電路圖。具體機構如下所述穩(wěn)壓電路包括變壓器T、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第一電容C1、第二電容C2和直流-直流變換器DC/DC ;第一二極管D1的陰極連接第一電容C1的第一端，第一電容C1的第二端連接第二電容(2的第一端，第二電容C2的第二端連接第二二極管仏的陽極，第二二極管D2的陰極連接第一二極管D1的陽極，第三二極管D3的陰極連接第一二極管D1的陰極，第三二極管D3的陽極連接第二二極管D2的陽極，第三二極管D3的陰極和陽極同時連接直流-直流變換器DC/DC ;變壓器T 一側的一端連接第一二極管D1的陽極，另一端連接第一電容C1的第二端；變壓器T另一側連接壓電模塊。本實施例中直流-直流變換器DC/DC還連接汽車電瓶，提供經過穩(wěn)壓處理的電能為汽車電瓶充電。本實施例中所述穩(wěn)壓整流電路的目的是將壓電模塊產生的不穩(wěn)定的電能轉化為車載電源可接受的恒壓直流電其中第一二極管D1、第二二極管D2、第一電容Cl、第二電容C2聯(lián)合作用，將交流電轉換為直流電，第三二極管D3做為穩(wěn)壓二極管，其作用是穩(wěn)定第一電容Cl和第二電容C2的并聯(lián)電壓，防止過高電壓損壞DC/DC轉換器。本質上來說，以上穩(wěn)壓整流電路在現(xiàn)有技術中已經十分成熟，并非本發(fā)明的核心發(fā)明點，所以其具體的原理和工作方式在此不作贅述。還需要說明的是，在實際應用中，可以根據(jù)情況采用其他的電路結構對電能進行穩(wěn)壓整流處理，能夠起到相同或類似的作用電路結構均可以置于本發(fā)明的整體技術方案之下。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種基于壓電效應的能量回收裝置，其特征在于，所述裝置包括 固定模塊，用于將壓電模塊固定在懸置裝置上； 壓電模塊，用于將懸置裝置傳遞的機械能轉換為電能； 穩(wěn)壓整流模塊，用于將壓電模塊生成的電能進行穩(wěn)壓整流處理。
2.根據(jù)權利要求I所述裝置，其特征在于，所述壓電模塊包括壓電元件，具體為 壓電元件，用于承受懸置裝置所傳遞的震動機械能，井根據(jù)壓電效應將震動機械能轉換為電能。
3.根據(jù)權利要求2所述裝置，其特征在于所述壓電元件呈環(huán)形。
4.根據(jù)權利要求2所述裝置，其特征在于，所述壓電模塊還包括 保護罩，用于覆蓋并保護壓電元件。
5.根據(jù)權利要求4所述裝置，其特征在干 所述保護罩呈圓錐形，內部設有空腔，空腔與所述壓電元件的形狀尺寸相匹配，壓電元件放置在空腔中；保護罩還設有ー個使得所述空腔與外界連通的通孔。
6.根據(jù)權利要求5所述裝置，其特征在于 所述穩(wěn)壓整流模塊通過所述通孔與壓電元件連接。
7.根據(jù)權利要求1-6任意一項所述裝置，其特征在干 所述穩(wěn)壓整流模塊包括穩(wěn)壓整流電路，用于對電能進行穩(wěn)壓處理并生成持續(xù)的穩(wěn)壓電流。
8.根據(jù)權利要求7所述裝置，其特征在于，所述穩(wěn)壓電路包括變壓器、第一ニ極管、第ニニ極管、第三ニ極管、第一電容、第二電容和直流-直流變換器，具體為 第一ニ極管的陰極連接第一電容的第一端，第一電容的第二端連接第二電容的第一端，第二電容的第二端連接第二ニ極管的陽極，第二ニ極管的陰極連接第一ニ極管的陽極，第三ニ極管的陰極連接第一ニ極管的陰極，第三ニ極管的陽極連接第二ニ極管的陽極，第三ニ極管的陰極和陽極同時連接直流-直流變換器；變壓器ー側的一端連接第一ニ極管的陽極，另一端連接第一電容的第二端；變壓器另ー側連接壓電模塊。
9.根據(jù)權利要求8所述裝置，其特征在于 所述直流-直流變換器連接電瓶，利用經過穩(wěn)壓電路后的穩(wěn)壓電流為電瓶充電。
全文摘要
本發(fā)明實施例提供一種基于壓電效應的能量回收裝置，所述裝置包括固定模塊，用于將壓電模塊固定在懸置裝置上；壓電模塊，用于將懸置裝置傳遞的機械能轉換為電能；穩(wěn)壓整流模塊，用于將壓電模塊生成的電能進行穩(wěn)壓整流處理。
文檔編號H02N2/18GK102769328SQ20121025887
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月24日 優(yōu)先權日2012年7月24日
發(fā)明者李樂生, 杜志良, 黃曙朦, 黎程 申請人:濰柴動力股份有限公司