CN107508497A - 一种折叠型的振动能量采集器 - Google Patents

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叶涛
俞慧
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Sun Yat Sen University
SYSU CMU Shunde International Joint Research Institute
Research Institute of Zhongshan University Shunde District Foshan
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Sun Yat Sen University
SYSU CMU Shunde International Joint Research Institute
Research Institute of Zhongshan University Shunde District Foshan
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • 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
    • H02N2/188—Vibration harvesters adapted for resonant operation

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  • Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)

Abstract

本发明涉及一种折叠型的振动能量采集器，包括至少2片压电片、第一固定点和第二固定点，所述第一固定点设置在第二固定点的上方，所述至少2片压电片在垂直方向上从上到下依次设置在第一固定点、第二固定点之间的间距内，所述至少2片压电片依次连接；在垂直方向上位于顶部的压电片与第一固定点连接，而在垂直方向上位于底部的压电片与第二固定点连接，所述在垂直方向上相邻的任意两片压电片由于两者的连接而形成一定角度的夹角。

Description

一种折叠型的振动能量采集器
技术领域
本发明涉及能量收集技术领域，更具体地，涉及一种折叠型的振动能量采集器。
背景技术
现有的振动能量采集器由于材料或结构方面的因素影响，其工作的谐振频率比人体运动的频率高，而且其工作频带较窄，不利于能量的采集与存储。
发明内容
本发明为解决以上现有技术提供的振动能量采集器存在的谐振频率过高的技术缺陷，提供了一种折叠型的振动能量采集器。
为实现以上发明目的，采用的技术方案是：
一种折叠型的振动能量采集器，包括至少2片压电片、第一固定点和第二固定点，所述第一固定点设置在第二固定点的上方，所述至少2片压电片在垂直方向上从上到下依次设置在第一固定点、第二固定点之间的间距内，所述至少2片压电片依次连接；在垂直方向上位于顶部的压电片与第一固定点连接，而在垂直方向上位于底部的压电片与第二固定点连接，所述在垂直方向上相邻的任意两片压电片由于两者的连接而形成一定角度的夹角。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的振动能量采集器将多片压电片设置成折叠状，不仅可以降低能量采集器的谐振频率，还能增加压电片的形变，从而增加其机电转化效率。
附图说明
图1为采集器的结构示意图。
图2为仿真实验一的输出电压、电荷功率和机械功率的示意图(实验使用的压电片的数量为7，压电片间的夹角为15°)。
图3为仿真实验二的输出电压、电荷功率和机械功率的示意图(实验使用的压电片的数量为6，压电片间的夹角为15°)。
图4为仿真实验三的输出电压、电荷功率和机械功率的示意图(实验使用的压电片的数量为5，压电片间的夹角为15°)。
图5为仿真实验四的输出电压、电荷功率和机械功率的示意图(实验使用的压电片的数量为4，压电片间的夹角为15°)。
图6为仿真实验五的输出电压、电荷功率和机械功率的示意图(实验使用的压电片的数量为4，压电片间的夹角为15°，谐振频率为13.07Hz)。
图7为仿真实验六的输出电压、电荷功率和机械功率的示意图(实验使用的压电片的数量为4，压电片间的夹角为5°)。
图8为仿真实验七的输出电压、电荷功率和机械功率的示意图(实验使用的压电片的数量为4，压电片间的夹角为10°)。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例1
如图1所示，一种折叠型的振动能量采集器，包括至少5片压电片1和两个固定点，两个固定点分别设置垂直方向上的上方和下方，其中位于顶部的固定点称之为第一固定点，位于底部的固定点称之为第二固定点，所述5片压电片1在垂直方向上从上到下依次设置在第一固定点、第二固定点之间的间距内，所述5片压电片1通过胶水粘合依次连接；在垂直方向上位于顶部的压电片1与第一固定点连接，而在垂直方向上位于底部的压电片1与第二固定点连接，所述在垂直方向上相邻的任意两片压电片1由于两者的连接而形成(0°，180°)的夹角。
在具体的实施过程中，压电片1的数目可以进行增加或减少，只要保证其数量大于或等于2即可。本实施例中，所述压电片1采用长条状的PZT压电陶瓷，所述PZT压电陶瓷的尺寸为50*5*0.5mm，其包括有三层结构，包括铜片和分别粘结在铜片底面、顶面上的两层PZT压电陶瓷层，所述铜片的厚度为0.1mm，PZT压电陶瓷层的厚度为0.2mm。
图2～8为不同片数的压电片1在不同夹角下通过COMSOL多物理场仿真软件进行仿真的仿真实验结果示意图。由图2～8可知，由于振动能量采集器将多片压电片1设置成折叠状，可以降低能量采集器的谐振频率，使得其更接近于人体运动的频率，同时，在谐振频率下的输出电压值与输出电荷功率都较现有技术提供的同类型采集器要高。
通过建立多个仿真模型的比较可知，在片数为四片时，以及在压电片间的夹角为15度时所得的综合效果最好，谐振频率为13.07Hz，输出电压为180V，电荷功率为1280mW，性能得到了明显的改善。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种折叠型的振动能量采集器，其特征在于：包括至少2片压电片、第一固定点和第二固定点，所述第一固定点设置在第二固定点的上方，所述至少2片压电片在垂直方向上从上到下依次设置在第一固定点、第二固定点之间的间距内，所述至少2片压电片依次连接；在垂直方向上位于顶部的压电片与第一固定点连接，而在垂直方向上位于底部的压电片与第二固定点连接，所述在垂直方向上相邻的任意两片压电片由于两者的连接而形成一定角度的夹角。
2.根据权利要求1所述的折叠型的振动能量采集器，其特征在于：所述夹角的取值范围为(0°，180°)。
3.根据权利要求2所述的折叠型的振动能量采集器，其特征在于：所述夹角的取值为15°，压电片的数量为4块。
4.根据权利要求1～3任一项所述的折叠型的振动能量采集器，其特征在于：所述相邻的两片压电片之间采用胶水进行粘合连接。
5.根据权利要求4所述的折叠型的振动能量采集器，其特征在于：所述压电片为长条状的压电陶瓷。
6.根据权利要求5所述的折叠型的振动能量采集器，其特征在于：所述压电陶瓷为PZT压电陶瓷。
7.根据权利要求6所述的折叠型的振动能量采集器，其特征在于：所述PZT压电陶瓷为三层结构，包括金属基层和分别粘结在金属基层底面、顶面上的两层PZT压电陶瓷层。
8.根据权利要求7所述的折叠型的振动能量采集器，其特征在于：所述金属基层为铜片。
9.根据权利要求6所述的折叠型的振动能量采集器，其特征在于：所述金属基层的厚度为0.1mm，PZT压电陶瓷层的厚度为0.2mm。
10.根据权利要求6所述的折叠型的振动能量采集器，其特征在于：所述PZT压电陶瓷的尺寸为50*5*0.5mm。
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