本發(fā)明涉及新型能源和電子技術(shù)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種多方向壓電振動(dòng)發(fā)電機(jī)。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)能源的需求日益劇增，環(huán)境污染和能源短缺成為困擾世界各國(guó)的一個(gè)共同難題，為此，各國(guó)科技工作者不斷進(jìn)行著新型能源的尋找和探索，比如太陽(yáng)能、風(fēng)能、波浪能等。振動(dòng)作為日常生活中的常見(jiàn)現(xiàn)象，由于其具有較高的能量密度，其潛在的能量?jī)r(jià)值已引起越來(lái)越多的研究者的關(guān)注。目前，用于實(shí)現(xiàn)振動(dòng)發(fā)電的裝置主要有壓電式、電磁式和靜電式三種。壓電式振動(dòng)發(fā)電機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、不發(fā)熱、無(wú)電磁干擾及易于微型化等諸多優(yōu)點(diǎn)而成為目前的研究熱點(diǎn)。對(duì)于壓電式振動(dòng)發(fā)電機(jī)，理論上其供電壽命僅取決于組成振動(dòng)發(fā)電機(jī)的各元器件的壽命，清潔環(huán)保，是一種典型的“綠色”能源技術(shù)。

基于此，目前出現(xiàn)了各種各樣的壓電式振動(dòng)發(fā)電機(jī)，如懸臂梁結(jié)構(gòu)、Cymbal結(jié)構(gòu)、疊堆形結(jié)構(gòu)等?？v觀壓電式振動(dòng)發(fā)電技術(shù)的研究現(xiàn)狀，上述振動(dòng)發(fā)電機(jī)主要是單方向、單諧振頻率的，其使用場(chǎng)合對(duì)振動(dòng)環(huán)境的選擇性很強(qiáng)，在存在各種方向且振動(dòng)頻率在一定范圍內(nèi)變化的情況下，上述壓電振動(dòng)發(fā)電機(jī)的發(fā)電能力將非常有限，限制了其大眾化的推廣使用?？紤]到外界環(huán)境中豐富的振動(dòng)能資源及振動(dòng)源振動(dòng)過(guò)程的隨機(jī)性，如何實(shí)現(xiàn)壓電振動(dòng)發(fā)電機(jī)的多方向性發(fā)電將是壓電發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域一個(gè)非常值得研究的方向。

因此有人申請(qǐng)如圖3所示的CN104485842，名稱為一種壓電式振動(dòng)發(fā)電機(jī)，該振動(dòng)發(fā)電是依靠激勵(lì)磁環(huán)與永磁體之間的直接排斥力實(shí)現(xiàn)的，而其多方向振動(dòng)僅是依靠彈性桿能夠彎曲實(shí)現(xiàn)的，因此發(fā)電有限，因此需要設(shè)計(jì)一種多方向壓電振動(dòng)發(fā)電機(jī)。來(lái)收集各種方向能力，從而提高整體發(fā)電效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種多方向壓電振動(dòng)發(fā)電機(jī)，本發(fā)明裝置可以敏感外界環(huán)境中任意方向的振動(dòng)，在各個(gè)永磁體之間的作用力下，實(shí)現(xiàn)壓電振動(dòng)發(fā)電機(jī)的多體耦合振動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，解決了現(xiàn)有壓電振動(dòng)發(fā)電機(jī)在某些方向外界環(huán)境激勵(lì)下收集不到振動(dòng)能量的缺陷，為達(dá)此目的，本發(fā)明提供一種多方向壓電振動(dòng)發(fā)電機(jī)，包括用于支撐和安裝的外層框架、中層框架、內(nèi)層框架、中心質(zhì)量塊、壓電梁一、壓電梁二、壓電梁三、壓電梁四、壓電梁五、壓電梁六、永磁體一、永磁體二（12）、永磁體三、永磁體四、永磁體五、永磁體六、限位彈簧一、限位彈簧二和限位彈簧三，所述外層框架、中層框架和內(nèi)層框架相互嵌套，所述中心質(zhì)量塊位于框架的幾何中心位置，并通過(guò)壓電梁五、壓電梁六、限位彈簧三與內(nèi)層框架相連，所述內(nèi)層框架通過(guò)壓電梁三、壓電梁四、限位彈簧二與中層框架相連，所述中層框架通過(guò)壓電梁一、壓電梁二、限位彈簧一與外層框架相連，所述永磁體一和永磁體二固定在中心質(zhì)量塊上，所述永磁體三固定在內(nèi)層框架上，所述永磁體四固定在中層框架上，所述永磁體五和永磁體六固定在外層框架上。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述壓電梁一、壓電梁二、壓電梁三、壓電梁四、壓電梁五、壓電梁六通過(guò)電學(xué)串聯(lián)或者電學(xué)并聯(lián)后與后續(xù)充電控制電路連接，本發(fā)明可根據(jù)需要連接相應(yīng)的控制電路。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述永磁體一、永磁體二、永磁體三、永磁體四、永磁體五、永磁體六為圓柱形或者長(zhǎng)方體形。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述外層框架、中層框架、內(nèi)層框架可根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)成圓筒狀或者立方體狀。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述壓電梁一、壓電梁二、壓電梁三、壓電梁四、壓電梁五、壓電梁六采用壓電單晶材料PMNT單晶制作。

本發(fā)明采用上述方案后，本發(fā)明通過(guò)設(shè)置外層框架、中層框架、內(nèi)層框架、中心質(zhì)量塊、壓電梁、壓電梁、壓電梁、壓電梁、壓電梁、壓電梁、永磁體、限位彈簧，可以敏感環(huán)境中任意振動(dòng)方向振動(dòng)源的振動(dòng)，在各個(gè)永磁體的耦合作用下，實(shí)現(xiàn)機(jī)械振動(dòng)能到電能的轉(zhuǎn)換，解決了現(xiàn)有壓電振動(dòng)發(fā)電機(jī)在某些方向外界環(huán)境激勵(lì)下收集不到振動(dòng)能量的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)的主視圖；

圖2是本發(fā)明結(jié)構(gòu)的俯視圖；

圖3是本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)示意圖。

具體部件如下：

1、外層框架；2、中層框架；3、內(nèi)層框架；4、中心質(zhì)量塊；5、壓電梁一；6、壓電梁二；7、壓電梁三；8、壓電梁四；9、壓電梁五；10、壓電梁六；11、永磁體一；12、永磁體二；13、永磁體三；14、永磁體四；15、永磁體五；16、永磁體六；17、限位彈簧一； 18、限位彈簧二；19、限位彈簧三。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

本發(fā)明提供一種多方向壓電振動(dòng)發(fā)電機(jī)，本發(fā)明裝置可以敏感外界環(huán)境中任意方向的振動(dòng)，在各個(gè)永磁體之間的作用力下，實(shí)現(xiàn)壓電振動(dòng)發(fā)電機(jī)的多體耦合振動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，解決了現(xiàn)有壓電振動(dòng)發(fā)電機(jī)在某些方向外界環(huán)境激勵(lì)下收集不到振動(dòng)能量的缺陷。

結(jié)合圖1和圖2所示，本發(fā)明提供一種多方向壓電振動(dòng)發(fā)電機(jī)，包括外層框架1、中層框架2、內(nèi)層框架3、中心質(zhì)量塊4、壓電梁一5、壓電梁二6、壓電梁三7、壓電梁四8、壓電梁五9、壓電梁六10、永磁體一11、永磁體二12、永磁體三13、永磁體四14、永磁體五15、永磁體六16、限位彈簧一17、限位彈簧二18、限位彈簧三19，下面分別介紹。

外層框架1、中層框架2和內(nèi)層框架3相互嵌套，中心質(zhì)量塊4位于框架的幾何中心位置，并通過(guò)壓電梁五9、壓電梁六10、限位彈簧三19與內(nèi)層框架3相連，所述內(nèi)層框架3通過(guò)壓電梁三7、壓電梁四8、限位彈簧二18與中層框架2相連，所述中層框架2通過(guò)壓電梁一5、壓電梁二6、限位彈簧一17與外層框架1相連，永磁體一11和永磁體二12固定在中心質(zhì)量塊4上，永磁體三13固定在內(nèi)層框架3上，永磁體四14固定在中層框架2上，永磁體五15和永磁體六16固定在外層框架1上。所述壓電梁一5、壓電梁二6、壓電梁三7、壓電梁四8、壓電梁五9、壓電梁六10可通過(guò)電學(xué)串聯(lián)或者電學(xué)并聯(lián)后與后續(xù)充電控制電路連接。所述永磁體一11、永磁體二12、永磁體三13、永磁體四14、永磁體五15、永磁體六16為圓柱形或者長(zhǎng)方體形。所述外層框架1、中層框架2、內(nèi)層框架3可根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)成圓筒狀或者立方體狀。所述壓電梁一5、壓電梁二6、壓電梁三7、壓電梁四8、壓電梁五9、壓電梁六10采用壓電單晶材料PMNT單晶制作。

本實(shí)施例在工作時(shí)，在任意方向的環(huán)境振動(dòng)作用下，多方向壓電振動(dòng)發(fā)電機(jī)將產(chǎn)生受迫振動(dòng)。其中，在受到左右方向環(huán)境振動(dòng)激勵(lì)時(shí)，內(nèi)層框架3連同中心質(zhì)量塊4作左右方向受迫振動(dòng)，振動(dòng)過(guò)程中，永磁體三13和永磁體六16之間的磁作用力由于它們距離的變化而變化，故引起中層框架2和外層框架1之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，與此同時(shí)，內(nèi)層框架3連同中心質(zhì)量塊4的左右方向受迫振動(dòng)又導(dǎo)致永磁體二12和永磁體四14之間的磁作用力發(fā)生變化，進(jìn)而中心質(zhì)量塊4與內(nèi)層框架3產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，顯然，在此過(guò)程中壓電梁一5、壓電梁二6、壓電梁三7、壓電梁四8、壓電梁五9、壓電梁六10分別會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的彎曲變形，實(shí)現(xiàn)機(jī)械振動(dòng)能到電能的轉(zhuǎn)換。

同理，在前后方向環(huán)境振動(dòng)激勵(lì)時(shí)，中層框架2與外層框架1產(chǎn)生相對(duì)振動(dòng)，此時(shí)，永磁體一11和永磁體五15之間的磁作用力由于它們距離的變化而發(fā)生變化，使得內(nèi)層框架3和中層框架2之間出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，此相對(duì)運(yùn)動(dòng)又引起永磁體二12和永磁體四14之間的磁作用力發(fā)生變化，導(dǎo)致中心質(zhì)量塊4與內(nèi)層框架3產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)壓電振動(dòng)發(fā)電機(jī)的壓電梁一5、壓電梁二6、壓電梁三7、壓電梁四8、壓電梁五9、壓電梁六10同時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的彎曲變形。而在豎直方向環(huán)境振動(dòng)激勵(lì)時(shí)，首先中心質(zhì)量塊4產(chǎn)生受迫振動(dòng)，此時(shí)永磁體一11和永磁體五15之間的磁作用力發(fā)生變化，引起內(nèi)層框架3和中層框架2的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，此相對(duì)運(yùn)動(dòng)又使得永磁體三13和永磁體六16之間的磁作用力發(fā)生變化，引起中層框架2和外層框架1的相對(duì)振動(dòng)，最終也會(huì)實(shí)現(xiàn)壓電梁一5、壓電梁二6、壓電梁三7、壓電梁四8、壓電梁五9、壓電梁六10同時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的彎曲變形。

從上述壓電振動(dòng)發(fā)電機(jī)在左右方向、前后方向和豎直方向環(huán)境激勵(lì)時(shí)的工作原理可以看出，這種壓電振動(dòng)發(fā)電過(guò)程由永磁體一11、永磁體二12、永磁體三13、永磁體四14、永磁體五15、永磁體六16之間的磁作用力耦合實(shí)現(xiàn)，基于電磁耦合振動(dòng)，壓電振動(dòng)發(fā)電機(jī)對(duì)任意方向的環(huán)境振動(dòng)都是敏感的，最終都會(huì)導(dǎo)致壓電振動(dòng)發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。

綜上所述，本發(fā)明提出的一種多方向壓電振動(dòng)發(fā)電機(jī)，可以敏感環(huán)境中任意振動(dòng)方向振動(dòng)源的振動(dòng)，在永磁體一11、永磁體二12、永磁體三13、永磁體四14、永磁體五15、永磁體六16的耦合作用下，實(shí)現(xiàn)機(jī)械振動(dòng)能到電能的轉(zhuǎn)換，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，實(shí)用性強(qiáng)。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非是對(duì)本發(fā)明作任何其他形式的限制，而依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)所作的任何修改或等同變化，仍屬于本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍。