[發明專利]寬頻帶多方向振動能量采集器

有效

• 申請號: 201310014536.4
• 申請日: 2013-01-11
• 公開（公告）號: CN103023378B
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 王光慶
• 申請（專利權）人: 浙江工商大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明專利涉及一種寬頻帶多方向振動能量采集器，屬于新能源和發電技術領域。殼體由6塊金屬板和上蓋板、下蓋板構成，金屬板上端和下端分別用直角型固定片和螺釘固定在上蓋板和下蓋板之間。所述的金屬板設有用于固定壓電振子的連接座，壓電振子用螺釘固定在所述的連接座上；所述的壓電振子由一個水平懸臂梁和兩個垂直懸臂梁組成的T型結構，每個懸臂梁由金屬基板和壓電晶片粘接而成，水平懸臂梁的一端通過螺釘固定在金屬板連接座上，另一端安裝有金屬質量塊，兩個垂直懸臂梁的一端固定在水平懸臂梁末端金屬塊上，另一端安裝有磁鐵；殼體的上蓋板和下蓋板上安裝有磁鐵；所述的兩個垂直懸臂梁末端的磁鐵和殼體上蓋板、下蓋板上的磁鐵的同性磁極相對安裝。優點在于：可實現寬頻帶、多方向及低頻的振動能量采集。

技術領域

本發明屬于新能源和發電技術領域，具體涉及一種寬頻帶多方向振動能量采集器，用于寬頻帶、多方向及低頻的振動能量采集。

背景技術

為滿足微小型低功耗電子產品和無線傳感器網絡節點的自供電需求，減少廢棄電化學電池對環境的污染，基于壓電、靜電、磁電以及壓電與磁電復合等原理的微型環境能量采集器的研究已成為國內外研究的熱點。壓電振動能量采集器由于具有結構簡單、易于制作、易于小型化和集成化、且能量轉換密度高等優點，具有廣泛的應用前景，目前已逐步用于無線傳感器網絡、結構在線健康檢測以及無線收發系統等領域。

國內外有較多的專利申請涉及壓電振動能量采集器，典型的壓電能量采集器結構主要是懸臂梁單晶片或懸臂梁雙晶片壓電振子，這些壓電振子結構的諧振頻帶比較窄，難以獲得較高的能量轉換效率。為提高壓電能量采集器的能量轉換效率、增加壓電能量采集器的有效頻帶寬度，目前出現了由多個壓電振子構成能量采集器，如，中國發明專利201210088945.4提出了一種非接觸激勵的多維振動能量采集器，可實現任意方向、低頻及大振幅的振動能量采集；中國發明專利201010601354.3提出了一種多個懸臂梁壓電振子構成蒲公英狀的能量采集器，可實現縱向振動和一個水平方向的振動能量采集；中國發明專利200810106046.6提出一種不同長度水平懸臂梁壓電振子構成的寬頻帶壓電能量采集器，等等。通常僅當壓電振子諧振頻率與環境振動頻率一致時壓電能量采集器的發電能力和能量轉換效率達到最大，但事實上壓電振子的諧振頻率通常要高于環境振動頻率，因此，直接利用壓電振子采集環境振動能量的效果并不顯著。為降低壓電振子的諧振頻率常用的方法是在壓電振子末端安裝質量塊，該方法存在兩個問題：1.當所安裝的質量塊較大時，壓電振子產生的靜態變形較大，在動態工作過程中會因變形過大而損壞；2.當所安裝的質量較小時，對壓電振子諧振頻率的降低效果不明顯，無法使得壓電振子諧振頻率與環境振動頻率的相一致。另外，現有壓電能量采集器對多方向振動源的響應能力不足，僅局限于對單一方向的振動能量采集。可見，工作頻帶窄、諧振頻率高及振動能量采集方向單一是現有壓電振動能量采集器的主要技術瓶頸。

發明內容

本發明提出一種寬頻帶多方向振動能量采集器，以解決現有壓電能量采集裝置工作頻帶窄、諧振頻率高、無法采集多方向振動能量等問題。

本發明采用的實施方案是：殼體由6塊金屬板構成一個六面體，相鄰兩塊金屬板之間的夾角為120度，金屬板上端和下端分別用直角型固定片和螺釘固定在上、下蓋板之間。所述的金屬板設有用于固定壓電振子的連接座，壓電振子用螺釘固定在所述的連接座上；所述的壓電振子由一個水平懸臂梁和兩個垂直懸臂梁組成T型結構，每個懸臂梁由金屬基板和壓電晶片粘接而成，水平懸臂梁的一端通過螺釘固定在金屬板連接座上，另一端安裝有金屬質量塊，兩個垂直懸臂梁的一端固定在水平懸臂梁末端金屬塊上，另一端安裝有磁鐵；殼體的上蓋板和下蓋板上安裝有磁鐵；所述的兩個垂直懸臂梁末端的磁鐵和殼體上蓋板、下蓋板上的磁鐵的同性磁極相對安裝。

本發明實施方式中，固定于殼體金屬板連接座上的壓電振子由一個水平懸臂梁和兩個垂直懸臂梁組成T型結構。

本發明實施方式中，安裝于每個金屬板連接座上的壓電振子數量分別為1個，總共有6個壓電振子，每個壓電振子可以采集垂直振動和任一水平方向振動能量，實現多方向采集的功能。