CN206759340U - 一种波纹型压电悬臂梁振动能量采集器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种波纹型压电悬臂梁振动能量采集器，所述波纹型压电悬臂梁由根部(1)，弯曲段(2)，自由段(3)构成；所述弯曲段的表面装有压电元件(21)，可以将波纹悬臂梁振动时所产生的机械能转化为电能。本实用新型所述的振动能量采集器通过波纹型压电悬臂梁来将结构的振动转化为波纹段压电元件的形变，该结构变形能力大，且在低频下易于起振，易于把环境中的振动能转换为电能。本实用新型结构可以提高能量回收功率密度。

Description

一种波纹型压电悬臂梁振动能量采集器

技术领域

本实用新型涉及一种压电悬臂梁振动能量采集器，尤其涉及一种波纹型压电悬臂梁振动能量采集器，属于将振动环境下的能量转化为电能并加以收集供微功率电子器件使用的领域。

背景技术

按提供电能的方式可以将微型电子产品分为有源和无源两种。前者由于采用电池供电，电量比较稳定，满足微电子产品的能量需求，目前已被广泛应用。然而，对于许多不能提供电源、不易更换电池或者易燃易爆等危险场合，电池更换问题难以解决，必须采用无源方式实现。因此人们开始需求电池的替代品，其目的是在某些特殊的应用领域替代电池或自动为电池充电。用于微功率电子产品供电的各种能量收集技术的研究已成为国际上的一个研究热点。

机械能在日常环境中普遍存在，与其它能量相比便于利用。因此机械自供能是目前研究较多的一种环境能量收集方案。机电能量转换有3种典型的方法：电磁感应法、静电(电容)转换、压电转换。现有技术条件下，电磁感应法的技术比较成熟，能量转换效率相对较高。它是根据电磁感应产生感应电力的。由于它是通过磁铁和线圈的相对运动产生电能，因此机构复杂、体积较大。静电转换可以直接产生2V至几伏电压，可以方便地和微机电系统结合。但是静电转换需要一个独立电压源初始化转换过程。而压电转换不需要这样，而且发生电压较高，无需变压器。压电材料在外力作用下产生电荷，当所生成的电荷量较大时，可用来构造微型发电装置或直接为电子器件提供能源供应，压电能量收集装置的优点在于结构简单、不发热、无电磁干扰、易于加工制作和实现结构上的小型化、集成化等，尤其适用于各类传感及监测系统。

然而在日常生活当中，外界环境的共振频率较低，如何有效的提高低频下的变形能力，使其收集低频下的振动能量，提高输出的功率，成了当前讨论的热点问题。

发明内容

为了解决目前压电悬臂梁低频下功率密度较低的问题，提出一种波纹型压电悬臂梁，所述的波纹型压电悬臂梁在低频下容易起振，易于收集低频下的振动能，所述的波纹型压电悬臂梁提高输出的功率密度。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种波纹型压电悬臂梁振动能量采集器，所述的波纹型压电悬臂梁由根部、弯曲段和自由段构成；所述的根部用于固定波纹型压电悬臂梁；所述的自由段用于带动弯曲段振动，所述的弯曲段上安装有压电元件；所述的压电元件可以将悬臂梁振动时所产生的能量转化为电能。

其中，振动能量采集器通过波纹型压电悬臂梁来将结构的振动转化为波纹段压电元件的形变，该结构在低频下容易起振，且在低频下变形能力大，易于收集低频下的振动能量。

其中，所述的波纹型压电悬臂梁安装有多个压电元件，所述的波纹型压电悬臂梁能量回收的功率密度较高。

其中，所述的根部、弯曲段、自由段是一体成型的。

其中，所述的波纹型压电悬臂梁弯曲段形变较大，可以输出的电压较大，更有利于把环境中产生的振动能转化为电能。

本实用新型的优点在于：

本实用新型的波纹型压电悬臂梁振动能量采集器能够有效提高压电悬臂梁低频下的变形能力，该结构在低频下容易起振，易于收集低频下的振动能并转化为电能。

本实用新型的波纹型压电悬臂梁振动能量采集器可以安装多个压电元件，有效的提高输出的功率密度。

本实用新型的波纹型压电悬臂梁振动能量采集器结构简单，易于加工制作，成本低廉，无电磁干扰，可以满足结构小型化、集成化的需求，适用于给各种微功率的电子器件供电。

附图说明

图1为本实用新型一种波纹型压电悬臂梁振动能量采集器的等轴侧结构示意图；

图2为本实用新型一种波纹型压电悬臂梁振动能量采集器结构的正视图。

图中附图标记含义为：1为根部，2为弯曲段，3为自由段，21为压电元件。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本实用新型装置作进一步说明。

参照图1，本实用新型一种波纹型压电悬臂梁振动能量采集器，其特征在于，包括压电元件和波纹型悬臂梁，所述的波纹型压电悬臂梁由根部1、弯曲段2、自由段3组成。所述的弯曲段2上安装有压电元件21，用于将悬臂梁振动所产生的能量转化为电能，压电元件21可根据具体需要选用PZT、PVDF等压电材料，且在垂直方向上被极化；所述的波纹型压电悬臂梁共振频率较低，易于收集低频下的振动能量，且能量回收的功率密度较高；所述的根部1、弯曲段2、自由段3为一体成型的。

参照图2，所述的弯曲段2的表面安装有压电元件21。

当本波纹型压电悬臂梁振动能量采集器在工作环境下，把根部1固定，环境中的振动引发自由段3的振动，自由段3的振动带动弯曲段2的振动，引起安装在弯曲段2上的压电元件21产生形变，致使压电元件21产生电势差，最终产生电压。该结构能够有效适应环境中的低频振动，从而提高压电悬臂梁低频下的变形能力，把低频下的振动能转化为电能，有效的提高输出的功率密度。

Claims (5)

1.一种波纹型压电悬臂梁振动能量采集器，其特征在于：所述的波纹型压电悬臂梁由根部(1)、弯曲段(2)和自由段(3)构成；所述的根部(1)用于固定波纹型压电悬臂梁；所述的自由段(3)用于带动弯曲段(2)振动，所述的弯曲段(2)上安装有压电元件；所述的压电元件(21)可以将悬臂梁振动时所产生的能量转化为电能。

2.根据权利要求1所述的一种波纹型压电悬臂梁振动能量采集器，其特征在于：振动能量采集器通过波纹型压电悬臂梁来将结构的振动转化为波纹段压电元件的形变，该结构在低频下容易起振，且在低频下变形能力大，易于收集低频下的振动能量。

3.根据权利要求1所述的一种波纹型压电悬臂梁振动能量采集器，其特征在于：所述的波纹型压电悬臂梁安装有多个压电元件，所述的波纹型压电悬臂梁能量回收的功率密度较高。

4.根据权利要求1所述的一种波纹型压电悬臂梁振动能量采集器，其特征在于：所述的根部(1)、弯曲段(2)、自由段(3)是一体成型的。

5.根据权利要求1所述的一种波纹型压电悬臂梁振动能量采集器，其特征在于：所述的波纹型压电悬臂梁弯曲段形变较大，可以输出的电压较大，更有利于把环境中产生的振动能转化为电能。