CN110601599A - 基于悬臂梁的宽频带压电能量收集器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于悬臂梁的宽频带压电能量收集器，包括固定端、悬臂梁及质量块，悬臂梁上表面设有上压电层，下表面设有下压电层；所述悬臂梁设有N组，N≥3，每组包含n根悬臂梁，n≥3，不同组别的悬臂梁长度不等。当该能量收集器受到振动激励时，在对应方向上的压电层表面便会产生极化电荷，同时多组悬臂梁实现了可以对多个谐振频率的振动能量进行有效地吸收转换，并且可以有效的提高输出。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于悬臂梁的宽频带压电能量收集器，属于压电能量收集技术领域。
背景技术
在自然界存在着许多的振动能量，如果将这些能量通过某种技术转化成人类所需要的电能，供某些微型器件使用，那么就可以解决微型器件更换电池的麻烦。因此人们对此进行深入研究，并提出了压电式能量收集技术，但是目前压电能量收集技术仍存在着一些问题，比如仅能转换某一振动频率的能量，而外界振动能量的频率并非单一，因此这种单一频率能量收集效率低下，且输出不高。目前有一些技术比如通过将不同频率的压电悬臂梁能量收集器通过叠加的方式来收集多个频率的振动能量，但这些技术普遍比较复杂，非常不利于集成并推广使用。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于悬臂梁的宽频带压电能量收集器，实现对多个振动频率进行能量收集。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种基于悬臂梁的宽频带压电能量收集器，包括固定端、悬臂梁及质量块，悬臂梁上表面设有上压电层，下表面设有下压电层；所述悬臂梁设有N组，N≥3，每组包含n根悬臂梁，n≥3，不同组别的悬臂梁长度不等。
进一步地，所述悬臂梁设有三组，分别是第一组悬臂梁、第二组悬臂梁、第三组悬臂梁；
第一组悬臂梁包含三根第一悬臂梁，第一悬臂梁的一端连接固定端，另一端连接第一质量块；第一悬臂梁的上表面设有第一上压电层，下表面设有第一下压电层；
第二组悬臂梁包含三根第二悬臂梁，第二悬臂梁的一端连接固定端，另一端连接第二质量块；第二悬臂梁的上表面设有第二上压电层，下表面设有第二下压电层；
第三组悬臂梁包含三根第三悬臂梁，第三悬臂梁的一端连接固定端，另一端连接第三质量块，第三悬臂梁的上表面设有第三上压电层，下表面设有第三下压电层；
所述第一悬臂梁、第二悬臂梁、第三悬臂梁的长度不等。
进一步地，所述悬臂梁的宽度与厚度相等。
进一步地，所述上压电层、下压电层的宽度与悬臂梁的宽度相等，长度不小于悬臂梁长度的三分之一。
进一步地，所述质量块为长方体状。
进一步地，所述上压电层、下压电层的材质为锆钛酸铅压电陶瓷。
进一步地，所述悬臂梁的材质为磷青铜。
进一步地，所述质量块的材质为金属镍。
有益效果：本发明提供的基于悬臂梁的宽频带压电能量收集器设置多组长度不同的能量收集结构，可以收集多个不同谐振频率的能量，从而拓宽频带；
同一长度的悬臂梁共用一个质量块，质量块约束与其相连的悬臂梁同一振动，因此长度相同的悬臂梁的实际谐振频率能够高度统一；
同一长度的悬臂梁共用一个质量块，可增大悬臂梁的摆动幅度，从而增大其输出。
附图说明
图1为没有覆压电层的悬臂梁的结构示意图；
图2为覆压电层的悬臂梁的结构示意图，即本发明所提供的基于悬臂梁杆的宽频带压电能量收集器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
一种基于悬臂梁的宽频带压电能量收集器，包括固定端、悬臂梁及质量块，悬臂梁上表面设有上压电层，下表面设有下压电层；所述悬臂梁设有N组，N≥3，每组包含n根悬臂梁，n≥3，不同组别的悬臂梁长度不等。
所述悬臂梁的宽度和厚度相等。
所述上压电层、下压电层的宽度与悬臂梁的宽度相等，长度不小于悬臂梁长度的三分之一。
所述质量块为长方体状。
所述上压电层、下压电层的材质为锆钛酸铅压电陶瓷。
所述悬臂梁的材质为磷青铜。
所述质量块的材质为金属镍。
实施例一
如图1、图2所示，一种基于悬臂梁的宽频带压电能量收集器，包括固定端13、悬臂梁及质量块，悬臂梁上表面设有上压电层，下表面设有下压电层；
所述上压电层、下压电层所附着的区域为矩形形状，其宽度与悬臂梁宽度相同，厚度为0.2mm，长度不小于个各个悬臂梁长度的三分之一。
所述质量块为长方体状，材质为金属镍，用于降低谐振频率，增大悬臂梁的摆动幅度。
所述悬臂梁的宽度和厚度相等，材质为磷青铜。
所述悬臂梁设有三组，分别是第一组悬臂梁、第二组悬臂梁、第三组悬臂梁；
第一组悬臂梁包含三根第一悬臂梁1,4,7，第一悬臂梁1,4,7的一端连接固定端13，另一端连接第一质量块12；第一悬臂梁1,4,7的上表面设有第一上压电层14,17,20，下表面设有第一下压电层23,26,29；
第二组悬臂梁包含三根第二悬臂梁2,5,8，第二悬臂梁2,5,8的一端连接固定端13，另一端连接第二质量块11；第二悬臂梁2,5,8的上表面设有第二上压电层15,18,21，下表面设有第二下压电层24,27,30；
第三组悬臂梁包含三根第三悬臂梁3,6,9，第三悬臂梁3,6,9的一端连接固定端13，另一端连接第三质量块10，第三悬臂梁3,6,9的上表面设有第三上压电层16,19,22，下表面设有第三下压电层25,28,31；
所述第一悬臂梁、第二悬臂梁、第三悬臂梁的长度不等。
当悬臂梁组收到振动方向的激励时，其各个悬臂梁上的压电层出现压电效应，从而产生极化电荷。此时由于同一长度的悬臂梁共用一个质量块，因此这些同一长度的悬臂梁振动幅度保持一致，从而使其谐振频率做到高度统一，从而提高了输出。又同时具备三组长度不同的悬臂梁，因此可以提供三个不同的谐振频率，从而拓宽了频带。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于悬臂梁的宽频带压电能量收集器，其特征在于：包括固定端、悬臂梁及质量块，悬臂梁上表面设有上压电层，下表面设有下压电层；所述悬臂梁设有N组，N≥3，每组包含n根悬臂梁，n≥3，不同组别的悬臂梁长度不等。
2.根据权利要求1所述的基于悬臂梁的宽频带压电能量收集器，其特征在于：所述悬臂梁设有三组，分别是第一组悬臂梁、第二组悬臂梁、第三组悬臂梁；
第一组悬臂梁包含三根第一悬臂梁，第一悬臂梁的一端连接固定端，另一端连接第一质量块；第一悬臂梁的上表面设有第一上压电层，下表面设有第一下压电层；
第二组悬臂梁包含三根第二悬臂梁，第二悬臂梁的一端连接固定端，另一端连接第二质量块；第二悬臂梁的上表面设有第二上压电层，下表面设有第二下压电层；
第三组悬臂梁包含三根第三悬臂梁，第三悬臂梁的一端连接固定端，另一端连接第三质量块，第三悬臂梁的上表面设有第三上压电层，下表面设有第三下压电层；
所述第一悬臂梁、第二悬臂梁、第三悬臂梁的长度不等。
3.根据权利要求1所述的基于悬臂梁的宽频带压电能量收集器，其特征在于：所述悬臂梁的宽度与厚度相等。
4.根据权利要求1所述的基于悬臂梁的宽频带压电能量收集器，其特征在于：所述上压电层、下压电层的宽度与悬臂梁的宽度相等，长度不小于悬臂梁长度的三分之一。
5.根据权利要求1所述的基于悬臂梁的宽频带压电能量收集器，其特征在于：所述质量块为长方体状。
6.根据权利要求1所述的基于悬臂梁的宽频带压电能量收集器，其特征在于：所述上压电层、下压电层的材质为锆钛酸铅压电陶瓷。
7.根据权利要求1所述的基于悬臂梁的宽频带压电能量收集器，其特征在于：所述悬臂梁的材质为磷青铜。
8.根据权利要求1所述的基于悬臂梁的宽频带压电能量收集器，其特征在于：所述质量块的材质为金属镍。
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