本發(fā)明涉及一種壓電獵能裝置，特別涉及一種具有多個弧形壓電元件的壓電獵能裝置。

背景技術：

獵能器為搜集周遭環(huán)境的能量并將其轉為電能，供與其連接的電子設備使用的裝置，比如太陽能板就是一種將光能轉為電能的獵能器。就目前獵能科技的發(fā)展來說，獵能器產生的電力還無法供給耗電大的電子設備使用，但目前隨著科技的蓬勃發(fā)展以及環(huán)保議題逐漸被重視，獵能器的發(fā)展面向與潛在技術仍有許多值得深入研究與開發(fā)的部分。

技術實現要素：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種具有多個弧形壓電元件的壓電獵能裝置。

為達成上述的目的，本發(fā)明的壓電獵能裝置包括盒體、多個第一弧形金屬支架以及多個弧形壓電元件。盒體包括上蓋、連接基座、緩沖件以及下蓋，連接基座位于上蓋與下蓋之間，上蓋藉由緩沖件與下蓋可移動地連接。多個第一弧形金屬支架位于盒體內，且設置于連接基座的一面。各弧形壓電元件設置于各第一弧形金屬支架上。當一外力施予盒體時，上蓋壓迫多個第一弧形金屬支架形變，使多個弧形壓電元件形變而產生一電力。

本發(fā)明的壓電獵能裝置將弧形壓電元件設置于弧形金屬支架上，當弧形金屬支架受力變形帶動弧形壓電元件一并變形，利用壓電效應將機械能轉為電能。根據本發(fā)的一具體實施例，本發(fā)明的壓電獵能裝置可設置于鞋跟，藉由每次步行使用者足部對鞋跟產生的壓迫讓壓電獵能裝置產生電力。

以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但不作為對本發(fā)明的限定。

附圖說明

圖1本發(fā)明的壓電獵能裝置的第一實施例的示意圖；

圖2a本發(fā)明的壓電獵能裝置的第一實施例的剖視圖；

圖2b本發(fā)明的壓電獵能裝置的第一實施例受外力壓迫的剖視圖；

圖2c本發(fā)明的弧形壓電元件30的示意圖；

圖3本發(fā)明的壓電獵能裝置的第二實施例的示意圖；

圖4a本發(fā)明的壓電獵能裝置的第二實施例的剖視圖；

圖4b本發(fā)明的壓電獵能裝置的第二實施例受外力壓迫的剖視圖；

圖5本發(fā)明的壓電獵能裝置的第二實施例的使用狀態(tài)示意圖。

其中，附圖標記

壓電獵能裝置1、1a盒體10

上蓋11連接基座12

緩沖件13下蓋14

第一弧形金屬支架20弧形基板21、41

凸面211、411凹面212、412

復位件22、42弧形壓電元件30

第一高度h1第二高度h2

鞋子90

具體實施方式

為能更了解本發(fā)明的技術內容，特舉較佳具體實施例說明如下。以下請一并參考圖1、圖2a與圖2b關于本發(fā)明的壓電獵能裝置的第一實施例的示意圖、剖視圖以及受外力壓迫的剖視圖。

如圖1、圖2a與圖2b所示，本發(fā)明的壓電獵能裝置1包括盒體10、多個第一弧形金屬支架20以及多個弧形壓電元件30，其中多個第一弧形金屬支架20位于盒體10內，各弧形壓電元件30設置于各第一弧形金屬支架20上，當一外力施予盒體10時，壓迫多個第一弧形金屬支架20形變，使多個弧形壓電元件30形變因壓電效應而產生一電力。在本實施例中，弧形壓電元件30為d31模式的壓電陶瓷。

如圖1、圖2a與圖2b所示，在本實施例中，盒體10為矩形且包括上蓋11、連接基座12、緩沖件13以及下蓋14，其中連接基座12位于上蓋11與下蓋14的間，且多個第一弧形金屬支架20設置于連接基座12的一面，上蓋11藉由緩沖件13與下蓋14可移動地連接，當外力施加于盒體10時，藉由緩沖件13做為緩沖，以減輕上蓋11與下蓋14間受到的沖擊。在本實施例中，緩沖件13是彈簧，且在外力尚未壓迫上蓋11時，緩沖件13具有第一高度h1，但本發(fā)明不以此為限，緩沖件13也可以其他類型的緩沖件，比如：橡膠。在本實施例中，如圖2a與圖2b所示，當外力施予盒體10時，上蓋11下移壓迫緩沖件13，此時緩沖件13呈壓縮狀態(tài)，當外力解除時，藉由緩沖件13的彈性恢復力，緩沖件13恢復至第一高度h1，一并讓上蓋11恢復原本高度。

如圖1、圖2a與圖2b所示，在本實施例中，各第一弧形金屬支架20皆包括弧形基板21以及復位件22，其中復位件22的相對兩端分別連接弧形基板21以及連接基座12，當外力未施予盒體10時，復位件22具有第二高度h2，其中第一高度h1大于第二高度h2，藉此提供第一弧形金屬支架20足夠的變形空間與移動行程。如圖1、圖2a與圖2b所示，在本實施例中，弧形基板21包括凸面211以及凹面212，其中各弧形壓電元件30分別設置于各第一弧形金屬支架20的凸面211，各復位件22的相對兩端分別連接凹面212以及連接基座12。

如圖2b所示，當外力施予盒體10時，上蓋11壓迫弧形基板21以及復位件22形變，因為弧形基板21形變會一并帶動設置于各弧形基板21上的各弧形壓電元件30形變，藉由正壓電效應，讓多個弧形壓電元件30變形的機械能轉為電能，此時，可根據不同的使用需求，將個別弧形壓電元件30以串聯或并聯方式電性連接，以便輸出多個弧形壓電元件30產生的電能。此外，矩形的上蓋11能將外力平均傳遞并施加至各弧形壓電元件30而產生同相位電壓信號。以避免受外力時，施加于各弧形壓電元件30的外力方向不一致，使各弧形壓電元件30產生的電壓信號有相位差(phasedifference)，而產生互相抵消作用，而造成獵能(energyharvesting)效果不佳的情況發(fā)生。

以下請繼續(xù)參考圖2a與圖2b，并一起參考圖2c，其中圖2c本發(fā)明的弧形壓電元件30的示意圖。

如圖2c所示，弧形壓電元件30的發(fā)電公式如下：y為d31壓電應變/電荷常數(d31方向)，l、w和t分別為弧形壓電元件30的水平長度、寬度和厚度，為弧形壓電元件30垂直變形高度。弧半徑r、垂直變形高度與弧形壓電元件30弧長的關系為：水平長度l與弧半徑r的關系為：l＝2×rsinθ其中l(wèi)＝2×rsinθ弧形壓電元件30可視為等效電容，其電荷量為q＝cv且電容系數其中為壓電介電常數(d31方向)，其產生獵電能量為：

由上式可知，若考慮使用相同材料且寬度皆為w的弧形壓電元件，則壓電獵能裝置1的獵電能量與成正比。而本發(fā)明使用多個弧形壓電元件30的原因在于，在δh不變的前提下，與水平長度為l的單一弧形壓電元件相比，多個(n片)弧形壓電元件30的水平長度則為使得多個(n片)弧形壓電元件30的獵電能量為水平長度為l的單一弧形壓電元件的n³倍再疊加n倍，故增加n⁴倍的獵能量。此外，若δh不同，若欲水平長度為l的單一弧形壓電元件獲得與多個(n片)弧形壓電元件30的相同的獵電能量，則單一片弧形壓電元件的高度位移要設計為倍于多個(n片)弧形壓電元件。但是提高高度，對于盒體10設計以及空間利用上不甚便利。據此，使用多個弧形壓電元件30所獲得的整體獵電能量或對于盒體10設計上，均較單一弧形壓電元件較佳。

以下請一并參考圖3、圖4a與圖4b關于本發(fā)明的壓電獵能裝置的第二實施例的示意圖、剖視圖以及受外力壓迫的剖視圖。

如圖3、圖4a與圖4b所示，在本實施例中，壓電獵能裝置1a更包括多個第二弧形金屬支架40，且連接基座12包括上表面121以及下表面122，其中多個第一弧形金屬支架20設置于上表面121，多個第二弧形金屬支架40設置于下表面122，且各弧形壓電元件30位于各第二弧形金屬支架40上。此外，各第二弧形金屬支架40皆包括弧形基板41以及復位件42，復位件42的相對兩端分別連接各第二弧形金屬支架40的弧形基板41以及下表面122。而各第一弧形金屬支架20的復位件22的相對兩端分別連接各第一弧形金屬支架20的弧形基板21以及上表面121。

如圖3、圖4a與圖4b所示，各第二弧形金屬支架40的弧形基板41包括凸面411以及凹面412，其中各弧形壓電元件30設置于凸面411，且各第二弧形金屬支架40的復位件42的相對兩端分別連接凹面412以及下表面122。在此需注意的是，各弧形壓電元件30以及各第二弧形金屬支架40的形變方式與第一實施例相同，故不再贅述，請參考相關段落。本發(fā)明使用第二弧形金屬支架40，相較于使用多個第一弧形金屬支架20，可裝設兩倍多個弧形壓電元件30。在不受限制的前提下，則使用第二弧形金屬支架40可提高壓電獵能裝置1a的獵電能量。

以下請參考圖5，關于本發(fā)明的壓電獵能裝置的第二實施例的使用狀態(tài)示意圖。如圖5所示，本發(fā)明的壓電獵能裝置1a的一具體應用為鞋子90的鞋跟，藉由每次步行使用者足部對鞋跟(壓電獵能裝置1a)產生的壓迫讓弧形壓電元件30形變而產生電力。在此須注意的是，壓電獵能裝置1也可做為鞋跟使用，圖5所示僅為舉例說明而已。

本發(fā)明的壓電獵能裝置1、1a采用多個弧形壓電元件30不僅可以提高獵能效率，且壓電獵能裝置1、1a的尺寸可根據使用需求設計，就算在空間受限的鞋跟內，仍可藉由將弧形壓電元件30設置于弧形金屬支架20、40的結構，當弧形金屬支架20、40受力變形帶動弧形壓電元件30一并變形，利用壓電效應將機械能轉為電能。

當然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。