[發明專利]一種基頻共振頻率可調的懸臂型壓電發電機

無效

• 申請號: 201110444055.8
• 申請日: 2011-12-27
• 公開（公告）號: CN102412757A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 鄒玉煒;黃學良;譚林林
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明涉及一種壓電發電機，尤其是一種基頻共振頻率可調的懸臂型壓電發電機。

背景技術

隨著信息時代的到來，無線傳感器在各行業得到了廣泛的應用。現有無線傳感器主要依靠電池方式供電，由于電池容量的有限，為了維持傳感器的正常工作，因此需要定期更換電池。如何給傳感器永續、可靠的供應電能成為人們研究的焦點。環境中蘊藏著豐富的振動能量，公路、橋梁，建筑物和各種電氣設備等都會產生振動。利用壓電效應的壓電振動發電機，可以將環境中的振動能量收集、轉化為電能后，為傳感器進行供電，從而為傳感器提供穩定、可靠、永續的電能供應。基于壓電方式的壓電振動發電機術已成為人們研究的熱點。現有的壓電發電機都是采用懸臂型的壓電振子，質量塊固定在懸臂梁的自由端，壓電振子的振動頻率不可調節，因此只能對某一頻率的外界振動進行吸收，應用范圍較窄。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述背景技術的不足，提供了一種基頻共振頻率可調的懸臂型壓電發電機。

本發明為實現上述發明目的采用如下技術方案：

一種基頻共振頻率可調的懸臂型壓電發電機包括：單晶片懸臂型壓電發電機、U型槽、質量塊；其中：U型槽固定在單晶片懸臂型壓電發電機懸臂梁的自由端，所述質量塊通過U型槽中心處的螺栓固定在U型槽內。

所述基頻共振頻率可調的懸臂型壓電發電機中，所述U型槽的長度與質量塊的長度相同，U型槽的質量遠小于質量塊的質量。

所述基頻共振頻率可調的懸臂型壓電發電機中，所述單晶片懸臂型壓電發電機包括彈性層，以及設置在彈性層上表面的壓電層，其中壓電層的寬度以及長度分別與彈性層的寬度以及長度相等。

一種基頻共振頻率可調的懸臂型壓電發電機包括：雙晶片懸臂型壓電發電機、U型槽、質量塊；其中：U型槽固定在雙晶片懸臂型壓電發電機懸臂梁的自由端，所述質量塊通過U型槽中心處的螺栓固定在U型槽內。

所述基頻共振頻率可調的懸臂型壓電發電機中，所述U型槽的長度與質量塊的長度相同，U型槽的質量遠小于質量塊的質量。

所述基頻共振頻率可調的懸臂型壓電發電機中，所述雙晶片懸臂型壓電發電機包括彈性層，以及分別設置在彈性層上、下表面的壓電層，其中壓電層的寬度以及長度分別與彈性層的寬度以及長度相等。

本發明采用上述技術方案，具有以下有益效果：實現了對不同振動頻率的環境振動進行能量收集，提高了壓電振動發電機的應用范圍。

附圖說明

圖1為基頻共振頻率可調雙晶片懸臂型壓電發電機的三維模型視圖。

圖2為實施例中基頻共振頻率可調雙晶片懸臂型壓電發電機的結構圖。

圖3為質量塊的移動距離與壓電振動發電機振動頻率的關系圖。

圖中標號說明：1為彈性層，2和13為壓電層，3和14為粘結層，4和5為導線，6為質量塊，7和8電極，9為夾緊裝置，10為基座，11為U型槽，12為螺栓。

具體實施方式

下面結合附圖對發明的技術方案進行詳細說明：

如圖1所示的基頻共振頻率可調的雙晶片懸臂型壓電發電機模型，包括：夾緊裝置9，彈性層1，壓電層2和3，U型槽11，質量塊6，彈性層1以及壓電層2和13構成基頻共振頻率可調的懸臂型壓電發電機的懸臂梁，彈性層1超出壓電層2和3的部分插入到夾緊裝置9內，U型槽11固定在懸臂梁的自由端，質量塊6通過U型槽11中心處的螺栓12固定在螺栓12內。質量塊6和U型槽長度相同。質量塊6在U型槽11內可滑動的距離為以螺栓12為中心左右二分之一質量塊的長度。

圖2為具體實施例所述的基頻共振頻率可調的雙晶片懸臂型壓電發電機結構圖，壓電層2和13分別通過粘結層3和14與彈性層1的上下表面粘結，壓電層2和13的上下表面分別鍍有電極7和8，電極7和8通過導線4和5與具有整流和能量存儲的接口電路連接。夾緊裝置9固定在基座10上，當基座隨外界環境振動時，壓電層在慣性力的作用下將會發生形變，從而實現了機械能到電能的轉化。壓電層1為不銹鋼材質，壓電層的材料為PZT-5H型壓電陶瓷，U型槽11為鋁合金的材質，質量塊6為鉛等高密度的金屬材料。壓電層2和13的寬度與彈性層1相同。

依據壓電陶瓷的正壓電效應原理：