[發明專利]分叉式懸臂梁振動發電機及其發電方法

無效

• 申請號: 201310125742.2
• 申請日: 2013-04-12
• 公開（公告）號: CN103227586A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: 胡俊輝;張廣成
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明涉及一種分叉式懸臂梁振動發電機及其發電方法，屬于微型電源技術領域。

背景技術

CMOS電路尺寸的減小和功耗的降低，尤其是超低功耗電子學的發展，極大地促進了無線傳感器、可植入式電子系統、可穿戴式電子系統、便攜式電子系統等的發展。這些系統有些是分布式的，但是這些微電子產品苛刻的工作條件使得傳統的電池和有線電源等供電方式難以滿足其對電源的特殊需要，在某些情況下很難甚至無法更換電池，比如內嵌入到混泥土結構內部的無線傳感器節點比如具有成千上萬個無線傳感器節點的無線傳感器網。有些是是便攜式的，需要自帶電源。有些是移動式的，在某些條件下更換電池需要大量的人力、財力和物力，比如植入到野生動物身體內的全球定位系統跟蹤設備。這就迫切需要這些系統自身能夠產生電能給自己供電。

得益于低功率超大規模集成電路的發展，電子產品的功耗已經降到數十毫瓦到數百毫瓦。這就使得回收環境中的振動能量以替代電池或給電池充電而驅動電子系統成為可能，這種方式將延長電池的供電時間，在理想的情況下甚至可以提供不盡的電能，增強了系統的可靠性，以及降低了系統的維護成本。基于這些因素，在過去的幾年里，振動發電方面的研究受到了極大的關注。現有技術中，微型振動發電機采用d31型壓電懸臂梁作為能量收集元件。此類發電機利用懸臂梁的共振模態回收外界能量，其帶寬較窄，能量利用率不高。現有技術中，若需要增加峰的數目需要將懸臂梁發電機陣列式排列，由此會需要多個儲能元件（壓電陶瓷），造成電能管理上的困難。

因此，確有必要對現有技術進行改進以解決現有技術之不足。

發明內容

本發明提供一種分叉式懸臂梁振動發電機及其發電方法，該發電機通過把分叉集成在同一懸臂梁的不同部位，以改善發電機的頻域響應特性，且只使用一片壓電元件，易于電能管理。

本發明采用如下技術方案：一種分叉式懸臂梁振動發電機，其包括有懸臂梁及設置于所述懸臂梁根部的壓電元件,所述分叉式懸臂梁振動發電機還包括有設置在所述懸臂梁上的分叉及設置于所述分叉和懸臂梁的端部的配重，所述分叉的數量至少為一個。

所述分叉設置于所述懸臂梁的單側。

所述分叉設置于所述懸臂梁的兩側。

所述分叉的材料，形狀，長度相同或不同。

所述分叉對稱設置于所述懸臂梁的兩側。

所述分叉非對稱設置于所述懸臂梁的兩側。

所述配重的尺寸，形狀，材料相同或不同。

本發明還采用如下技術方案：一種分叉式懸臂梁振動發電機的發電方法，其包括有如下步驟：將懸臂梁無配重一端固定在外界激勵上，外界激勵下振動發電機上下振動，壓電元件出現伸縮形變，利用壓電效應，在壓電元件中產生了交流電壓；?利用不同分叉所具有的不同共振頻率，充分回收具有多種頻率分量的環境振動能量。

所述配重的尺寸，形狀，材料相同或不同。

本發明具有如下有益效果:?本發明分叉式懸臂梁振動發電機及其發電方法，通過把一個壓電元件，多個分叉及懸臂梁集成在一起，產生發電機的多個共振點，改善其頻率響應特性。懸臂梁無配重一端固定在外界激勵上，其兩側或單側分布不同長度的分叉。壓電元件粘貼在懸臂梁的根部上。當此振動發電機上下振動時，壓電元件因拉伸和收縮而發電。使得該振動發電機充分回收具有多種頻率的環境振動能量，從而改善了發電機的頻域響應特性。

附圖說明

圖1為分叉式懸臂梁振動發電機的正面結構示意圖。

圖2為圖1所示的分叉式懸臂梁振動發電機的反面結構示意圖。

圖3為本發明所列舉實施例中開路電壓有效值-頻率分布結果圖。

其中：

1-壓電元件、2-懸臂梁、3-第一分叉、4-第二分叉、5-第三分叉、6-第四分叉、7-第五分叉、8-第六分叉、9-配重。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明的技術方案進行詳細說明。