CN106341055B - 振动能量采集器 - Google Patents

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叶涛
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    • H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • H02N2/186—Vibration harvesters
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

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横向设置的主梁、多个纵向设置的第一副梁及多个纵向设置的第二副梁，所述主梁的一端为固定端，所述主梁的另一端为自由端，所述质量块固定在主梁的自由端上，多个所述第一副梁间隔设置并固定在主梁的一侧，多个所述第二副梁间隔设置并固定在主梁的另一侧。上述振动能量采集器，压电悬臂梁的主梁上设置了多个第一副梁和第二副梁，每个副梁都具有各自的谐振频率，增加了振动能量采集器的谐振频率点。而且每个副梁在发生振动时，谐振频率点两侧的电压衰减慢，从而增加了带宽。同时副梁还相应地增加了产电面积，提高了输出电能，解决了频率点能量密度低的问题。

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。传统的振动能量采集器存在以下问题：(1)拥有的谐振频率点单一，不利于能量收集；(2)谐振频率处带宽较窄，无法收集到更多的能量；(3)频率点能量密度较低。
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，有利于能量的收集。
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横向设置的主梁、多个纵向设置的第一副梁及多个纵向设置的第二副梁，所述主梁的一端为固定端，所述主梁的另一端为自由端，所述质量块固定在主梁的自由端上，多个所述第一副梁间隔设置并固定在主梁的一侧，多个所述第二副梁间隔设置并固定在主梁的另一侧。
在其中一个实施例中，所述第一副梁的数目与所述第二副梁的数目相等，所述第一副梁与第二副梁一一对应，对应的第一副梁与第二副梁形状相同且以主梁为对称轴对称设置。
在其中一个实施例中，对应的第一副梁与第二副梁质量相等。
在其中一个实施例中，所述压电悬臂梁还包括纵向设置的安装梁，所述安装梁设置在主梁的自由端上，所述质量块固定在安装梁上。
在其中一个实施例中，所述质量块为两个，两个质量块分别固定在安装梁的两端。
在其中一个实施例中，所述第一副梁的数目为4-6根，所述第二副梁的数目为4-6根。
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，所述压电悬臂梁通过导电胶固定在金属基片上。
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。压电悬臂梁的主梁上设置了多个第一副梁和第二副梁，每个副梁都具有各自的谐振频率，增加了振动能量采集器的谐振频率点。而且每个副梁在发生振动时，谐振频率点两侧的电压衰减慢，从而增加了带宽。同时副梁还相应地增加了产电面积，提高了输出电能，解决了频率点能量密度低的问题。当环境中各个频率源的振动同时加载到上述振动能量采集器时，振动能量采集器能够采集到不同频率的能量，不同频率的能量相互叠加，有利于能量的收集。
附图说明
图1为本发明实施例一所述的振动能量采集器的结构示意图；
图2为本发明实施例二所述的振动能量采集器的结构示意图。
附图标记说明：
1、压电悬臂梁，2、质量块，10、主梁，11、第一副梁，12、第二副梁，13、安装梁。
具体实施方式
下面对本发明的实施例进行详细说明：
实施例一
如图1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包括横向设置的主梁10、多个纵向设置的第一副梁11及多个纵向设置的第二副梁12，所述主梁10的一端为固定端，所述主梁10的另一端为自由端，所述质量块2固定在主梁10的自由端上，多个所述第一副梁11间隔设置并固定在主梁10的一侧，多个所述第二副梁12间隔设置并固定在主梁10的另一侧。
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。压电悬臂梁1的主梁10上设置了多个第一副梁11和第二副梁12，每个副梁都具有各自的谐振频率，增加了振动能量采集器的谐振频率点。而且每个副梁在发生振动时，谐振频率点两侧的电压衰减慢，从而增加了带宽。同时副梁还相应地增加了产电面积，提高了输出电能，解决了频率点能量密度低的问题。当环境中各个频率源的振动同时加载到上述振动能量采集器时，振动能量采集器能够采集到不同频率的能量，不同频率的能量相互叠加，有利于能量的收集。
其中，所述第一副梁11的数目与所述第二副梁12的数目相等，均为4根，所述第一副梁11与第二副梁12一一对应，对应的第一副梁11与第二副梁12形状相同且以主梁10为对称轴对称设置。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。优选地，对应的第一副梁11与第二副梁12质量相等，能够进一步提高振动时的稳定性。
本实施例所述的压电悬臂梁1还包括纵向设置的安装梁13，所述安装梁13设置在主梁10的自由端上，所述质量块2固定在安装梁13上。安装梁13方便了质量块2的安装，而且可以相应地减小了主梁10的宽度，从而降低了振动能量采集器的谐振频率。
在本实施例中，所述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，所述压电悬臂梁1固定在金属基片上。金属基片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。压电悬臂梁1和金属基片上分别设有一个电极(未画出)，用于引出电流。
所述压电悬臂梁1通过导电胶固定在金属基片上，利用导电胶进行导电连接更易于操作，可提高生产效率。本实施例所述的金属基片由黄铜制成，能够增加压电悬臂梁1的柔韧性。所述压电悬臂梁1为PZT压电陶瓷片，具有更高的压电系数。
实施例二
实施例二所述的振动能量采集器与实施例所述的振动能量采集器的区别在于：在实施例二中，所述质量块2为两个，两个质量块2分别固定在安装梁13的两端，从而增加压电悬臂梁1的振动幅度，以产出更多的电能。
所述第一副梁11的数目与所述第二副梁12的数目相等，均为5根。需要说明的是，所述第一副梁11的数目优选为4-6根，所述第二副梁12的数目优选为4-6根，既有足够的谐振频率点，制造生产难度也不高。
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 (8)

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横向设置的主梁、多个纵向设置的第一副梁及多个纵向设置的第二副梁，多个所述第一副梁与第二副梁均用于增加谐振频率点，所述主梁的一端为固定端，所述主梁的另一端为自由端，所述质量块固定在主梁的自由端上，多个所述第一副梁间隔设置并固定在主梁的一侧，多个所述第二副梁间隔设置并固定在主梁的另一侧，所述压电悬臂梁还包括纵向设置的安装梁，所述安装梁设置在主梁的自由端上，所述质量块固定在安装梁上；所述质量块为两个，两个质量块分别固定在安装梁的两端。
2.根据权利要求1所述的振动能量采集器，其特征在于，所述第一副梁的数目与所述第二副梁的数目相等，所述第一副梁与第二副梁一一对应，对应的第一副梁与第二副梁形状相同且以主梁为对称轴对称设置。
3.根据权利要求2所述的振动能量采集器，其特征在于，对应的第一副梁与第二副梁质量相等。
4.根据权利要求1-3任一项所述的振动能量采集器，其特征在于，所述第一副梁的数目为4-6根，所述第二副梁的数目为4-6根。
5.根据权利要求1-3任一项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。
6.根据权利要求5所述的振动能量采集器，其特征在于，所述压电悬臂梁通过导电胶固定在金属基片上。
7.根据权利要求5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。
8.根据权利要求1-3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。
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