CN106169890A - 振动能量采集器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种振动能量采集器，包括压电悬臂梁及质量块，所述压电悬臂梁包括固定板、第一迂回板、第二迂回板及振动板，所述固定板与振动板间隔设置，所述第一迂回板与第二迂回板相对设置，所述第一迂回板的一端与固定板连接，所述第一迂回板的另一端向靠近第二迂回板的方向迂回并与振动板连接，所述第二迂回板的一端与固定板连接，所述第二迂回板的另一端向靠近第一迂回板的方向迂回并与振动板连接，所述质量块固定在振动板上。上述振动能量采集器，固定板与振动板通过第一迂回板与第二迂回板连接，这种结构与相同大小的传统直悬臂振动能量采集器相比，减小了实际悬臂的宽度，更易于感受振动，谐振频率更低。

Description

振动能量采集器

技术领域

本发明涉及技术领域，特别涉及一种振动能量采集器。

背景技术

随着能源问题越来越严峻，寻求能够采集周围的环境能量转化为电能的系统成为了人们研究的一大热点。环境中的机械振动无处不在，它不受地理位置和气候的影响，而且在许多难以进入的地方都有振动源存在，故振动能量的采集更为方便，具有良好的发展前景。振动能量采集器是一种将振动产生的机械能转化为电能的器件。在一般环境中，振动源的振动频率在1-200Hz左右，只有在振动源的振动频率与压电悬臂梁的谐振频率相等时，产生的电压才能达到最大值。传统的直悬臂振动能量采集器会通过增加压电悬臂梁的长度，减小压电悬臂梁的宽度以降低谐振频率，但这种方式的缺电是压电悬臂梁容易折断。

发明内容

基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种振动能量采集器，能够有效地降低谐振频率。

其技术方案如下：

一种振动能量采集器，包括压电悬臂梁及质量块，所述压电悬臂梁包括固定板、第一迂回板、第二迂回板及振动板，所述固定板与振动板间隔设置，所述第一迂回板与第二迂回板相对设置，所述第一迂回板的一端与固定板连接，所述第一迂回板的另一端向靠近第二迂回板的方向迂回并与振动板连接，所述第二迂回板的一端与固定板连接，所述第二迂回板的另一端向靠近第一迂回板的方向迂回并与振动板连接，所述质量块固定在振动板上。

在其中一个实施例中，所述第一迂回板包括依次并列设置的第一连接板、第二连接板及第三连接板，所述第一连接板的一端与固定板连接，所述第一连接板的另一端与第二连接板的一端通过第一回转板连接，所述第三连接板的一端与第二连接板的另一端通过第二回转板连接，所述第三连接板的另一端与振动板连接；所述第二迂回板包括依次并列设置的第四连接板、第五连接板及第六连接板，所述第四连接板的一端与固定板连接，所述第四连接板的另一端与第五连接板的一端通过第三回转板连接，所述第六连接板的一端与第五连接板的另一端通过第四回转板连接，所述第六连接板的另一端与振动板连接。

在其中一个实施例中，所述压电悬臂梁为一板体，所述压电悬臂梁上设有沿其长度方向延伸且依次并列设置的第一封闭槽、第二封闭槽及第三封闭槽，所述压电悬臂梁上设有沿其宽度方向延伸的连接槽，所述连接槽与第一封闭槽、第二封闭槽、第三封闭槽的一端分别连通形成所述固定板，所述压电悬臂梁上还设有沿其长度方向延伸的第一分割槽及第二分割槽，所述第一分割槽设置在第一封闭槽与第二封闭槽之间，所述第二分割槽设置在第二封闭槽与第三封闭槽之间，所述第一分割槽、第二分割槽分别向远离所述固定板的方向延伸出开口，以形成所述第一迂回板、第二迂回板及振动板。

在其中一个实施例中，所述振动能量采集器还包括间隔设置的第一吸引磁体与第二吸引磁体及间隔设置的第一排斥磁体与第二排斥磁体，所述第一吸引磁体固定在压电悬臂梁的上侧，所述第二吸引磁体设置在第一吸引磁体的上方，所述第一排斥磁体固定在压电悬臂梁的下侧，所述第二排斥磁体设置在第一排斥磁体的下方。

在其中一个实施例中，所述振动能量采集器还包括间隔设置的第一吸引磁体与第二吸引磁体及间隔设置的第一排斥磁体与第二排斥磁体，所述第一排斥磁体固定在压电悬臂梁的上侧，所述第二排斥磁体设置在第一排斥磁体的上方，所述第一吸引磁体固定在压电悬臂梁的下侧，所述第二吸引磁体设置在第一吸引磁体的下方。

在其中一个实施例中，所述振动能量采集器还包括与所述压电悬臂梁形状相同的金属基片，所述压电悬臂梁固定在金属基片上。

在其中一个实施例中，所述压电悬臂梁为两根，两根压电悬臂梁分别为第一压电悬臂梁及第二压电悬臂梁，所述第一压电悬臂梁、金属基片、第二压电悬臂梁依次叠设。

在其中一个实施例中，所述第一压电悬臂梁、金属基片、第二压电悬臂梁通过导电胶固结为一体。

在其中一个实施例中，所述金属基片由黄铜制成。

在其中一个实施例中，所述压电悬臂梁为PZT压电陶瓷片。

下面对前述技术方案的优点或原理进行说明：

上述振动能量采集器，对压电悬臂梁施加外力，会引起压电悬臂梁的正压电效应从而产生电流。在质量块的辅助下，压电悬臂梁的振动时间和振动幅度增加，谐振频率降低，从而产生更多的电能。固定板与振动板通过第一迂回板与第二迂回板连接，这种结构与相同大小的传统直悬臂振动能量采集器相比，减小了实际悬臂的宽度，更易于感受振动，谐振频率更低。

附图说明

图1为本发明实施例所述的振动能量采集器的俯视示意图；

图2为本发明实施例所述的振动能量采集器的正视示意图；

图3为本发明实施例所述的振动能量采集器的侧视示意图。

附图标记说明：

1、压电悬臂梁，1a、第一压电悬臂梁，1b、第二压电悬臂梁，2、质量块，3、第一吸引磁体，4、第二吸引磁体，5、第一排斥磁体，6、第二排斥磁体，7、金属基片，10、固定板，11、第一迂回板，12、第二迂回板，13、振动板，100、第一封闭槽，101、第二封闭槽，102、第三封闭槽，103、连接槽，104、第一分割槽，105、第二分割槽，110、第一连接板，111、第二连接板，112、第三连接板，113、第一回转板，114、第二回转板，120、第四连接板，121、第五连接板，122、第六连接板，123、第三回转板，124、第四回转板。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细说明：

如图1-3所示，本实施例所述的振动能量采集器，包括压电悬臂梁1及质量块2，所述压电悬臂梁1包括固定板10、第一迂回板11、第二迂回板12及振动板13，所述固定板10与振动板13间隔设置，所述第一迂回板11与第二迂回板12相对设置，所述第一迂回板11的一端与固定板10连接，所述第一迂回板11的另一端向靠近第二迂回板12的方向迂回并与振动板13连接，所述第二迂回板12的一端与固定板10连接，所述第二迂回板12的另一端向靠近第一迂回板11的方向迂回并与振动板13连接，所述质量块2固定在振动板13上。

上述振动能量采集器，对压电悬臂梁1施加外力，会引起压电悬臂梁1的正压电效应从而产生电流。在质量块2的辅助下，压电悬臂梁1的振动时间和振动幅度增加，谐振频率降低，从而产生更多的电能。固定板10与振动板13通过第一迂回板11与第二迂回板12连接，这种结构与相同大小的传统直悬臂振动能量采集器相比，减小了实际悬臂的宽度，更易于感受振动，谐振频率更低。

如图1所示，所述第一迂回板11包括依次并列设置的第一连接板110、第二连接板111及第三连接板112，所述第一连接板110的一端与固定板10连接，所述第一连接板110的另一端与第二连接板111的一端通过第一回转板113连接，所述第三连接板112的一端与第二连接板111的另一端通过第二回转板114连接，所述第三连接板112的另一端与振动板13连接；所述第二迂回板12包括依次并列设置的第四连接板120、第五连接板121及第六连接板122，所述第四连接板120的一端与固定板10连接，所述第四连接板120的另一端与第五连接板121的一端通过第三回转板123连接，所述第六连接板122的一端与第五连接板121的另一端通过第四回转板124连接，所述第六连接板122的另一端与振动板13连接。这种结构在振动时更为稳定，能够产生更多的电能，同时也更便于制造生产。需要说明的是，在其它实施例中，还可以根据实际情况增加迂回板的连接板和回转板个数来对谐振频率进行调节，使振动能量采集器达到外界环境所要求的频率范围，从而提高输出电能。

进一步地，所述压电悬臂梁1为一体成型的PZT压电陶瓷片，具有更高的压电系数。所述压电悬臂梁1上设有沿其长度方向延伸且依次并列设置的第一封闭槽100、第二封闭槽101及第三封闭槽102，所述压电悬臂梁1上设有沿其宽度方向延伸的连接槽103，所述连接槽103与第一封闭槽100、第二封闭槽101、第三封闭槽102的一端分别连通形成所述固定板10，所述压电悬臂梁1上还设有沿其长度方向延伸的第一分割槽104及第二分割槽105，所述第一分割槽104设置在第一封闭槽100与第二封闭槽101之间，所述第二分割槽105设置在第二封闭槽101与第三封闭槽102之间，所述第一分割槽104、第二分割槽105分别向远离所述固定板的方向延伸出开口，以形成所述第一迂回板11、第二迂回板12及振动板13。利用激光切割机对PZT压电陶瓷片进行切割即可得到上述结构，加工方便。

如图2所示，所述振动能量采集器还包括间隔设置的第一吸引磁体3与第二吸引磁体4及间隔设置的第一排斥磁体5与第二排斥磁体6，所述第一吸引磁体3固定在压电悬臂梁1的上侧，所述第二吸引磁体4设置在第一吸引磁体3的上方，所述第一排斥磁体5固定在压电悬臂梁1的下侧，所述第二排斥磁体6设置在第一排斥磁体5的下方。第一吸引磁体3与第二吸引磁体4磁性相反，第一排斥磁体5与第二排斥磁体6相同。由于磁力作用，压力悬臂梁的振动幅度和振动时间会增加，产出的电能也更多。

可以理解地，所述第一排斥磁体5固定在压电悬臂梁1的上侧，所述第二排斥磁体6设置在第一排斥磁体5的上方，所述第一吸引磁体3固定在压电悬臂梁1的下侧，所述第二吸引磁体4设置在第一吸引磁体3的下方，也可以达到同样的目的。

如图3所示，本实施例所述的振动能量采集器还包括与所述压电悬臂梁1形状相同的金属基片7，所述压电悬臂梁1固定在金属基片7上。金属基片7可以起到保护压电悬臂梁1的作用，避免压电悬臂梁1破碎。

在本实施例中，所述压电悬臂梁1为两根，两根压电悬臂梁1分别为第一压电悬臂梁1a及第二压电悬臂梁1b，所述第一压电悬臂梁1a、金属基片7、第二压电悬臂梁1b依次叠设，并联式的压电双陶瓷片结构能够增加输出总电荷，以增加输出电压。所述第一压电悬臂梁1a、金属基片7、第二压电悬臂梁1b通过导电胶固结为一体，利用导电胶进行导电连接更易于操作，可提高生产效率。优选地，所述金属基片7由黄铜制成，能够增加压电悬臂梁1的柔韧性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种振动能量采集器，其特征在于，包括压电悬臂梁及质量块，所述压电悬臂梁包括固定板、第一迂回板、第二迂回板及振动板，所述固定板与振动板间隔设置，所述第一迂回板与第二迂回板相对设置，所述第一迂回板的一端与固定板连接，所述第一迂回板的另一端向靠近第二迂回板的方向迂回并与振动板连接，所述第二迂回板的一端与固定板连接，所述第二迂回板的另一端向靠近第一迂回板的方向迂回并与振动板连接，所述质量块固定在振动板上。

2.根据权利要求1所述的振动能量采集器，其特征在于，所述第一迂回板包括依次并列设置的第一连接板、第二连接板及第三连接板，所述第一连接板的一端与固定板连接，所述第一连接板的另一端与第二连接板的一端通过第一回转板连接，所述第三连接板的一端与第二连接板的另一端通过第二回转板连接，所述第三连接板的另一端与振动板连接；所述第二迂回板包括依次并列设置的第四连接板、第五连接板及第六连接板，所述第四连接板的一端与固定板连接，所述第四连接板的另一端与第五连接板的一端通过第三回转板连接，所述第六连接板的一端与第五连接板的另一端通过第四回转板连接，所述第六连接板的另一端与振动板连接。

3.根据权利要求2所述的振动能量采集器，其特征在于，所述压电悬臂梁为一板体，所述压电悬臂梁上设有沿其长度方向延伸且依次并列设置的第一封闭槽、第二封闭槽及第三封闭槽，所述压电悬臂梁上设有沿其宽度方向延伸的连接槽，所述连接槽与第一封闭槽、第二封闭槽、第三封闭槽的一端分别连通形成所述固定板，所述压电悬臂梁上还设有沿其长度方向延伸的第一分割槽及第二分割槽，所述第一分割槽设置在第一封闭槽与第二封闭槽之间，所述第二分割槽设置在第二封闭槽与第三封闭槽之间，所述第一分割槽、第二分割槽分别向远离所述固定板的方向延伸出开口，以形成所述第一迂回板、第二迂回板及振动板。

4.根据权利要求1所述的振动能量采集器，其特征在于，还包括间隔设置的第一吸引磁体与第二吸引磁体及间隔设置的第一排斥磁体与第二排斥磁体，所述第一吸引磁体固定在压电悬臂梁的上侧，所述第二吸引磁体设置在第一吸引磁体的上方，所述第一排斥磁体固定在压电悬臂梁的下侧，所述第二排斥磁体设置在第一排斥磁体的下方。

5.根据权利要求1所述的振动能量采集器，其特征在于，还包括间隔设置的第一吸引磁体与第二吸引磁体及间隔设置的第一排斥磁体与第二排斥磁体，所述第一排斥磁体固定在压电悬臂梁的上侧，所述第二排斥磁体设置在第一排斥磁体的上方，所述第一吸引磁体固定在压电悬臂梁的下侧，所述第二吸引磁体设置在第一吸引磁体的下方。

6.根据权利要求1所述的振动能量采集器，其特征在于，还包括与所述压电悬臂梁形状相同的金属基片，所述压电悬臂梁固定在金属基片上。

7.根据权利要求6所述的振动能量采集器，其特征在于，所述压电悬臂梁为两根，两根压电悬臂梁分别为第一压电悬臂梁及第二压电悬臂梁，所述第一压电悬臂梁、金属基片、第二压电悬臂梁依次叠设。

8.根据权利要求7所述的振动能量采集器，其特征在于，所述第一压电悬臂梁、金属基片、第二压电悬臂梁通过导电胶固结为一体。

9.根据权利要求6所述的振动能量采集器，其特征在于，所述金属基片由黄铜制成。

10.根据权利要求1-9任一项所述的振动能量采集器，其特征在于，所述压电悬臂梁为PZT压电陶瓷片。