[實用新型]一種振動能量收集器

有效

• 申請號: 201721076093.1
• 申請日: 2017-08-25
• 公開（公告）號: CN207603479U
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發明（設計）人: 牟笑靜;周鴻;尚正國
• 申請（專利權）人: 青島因菲尼思微電子科技有限公司
• 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

本實用新型公開了一種振動能量收集器，包括懸臂梁、設于所述懸臂梁的自由端的質量塊以及設于所述懸臂梁表面的壓電層，所述懸臂梁的自由端的上方設有與所述質量塊位置對應的阻擋塊；所述阻擋塊的最低點與質量塊的平衡點之間的距離小于所述質量塊正常工作時的振幅。本實用新型通過在懸臂梁自由端的上方設置與懸臂梁的質量塊位置對應的阻擋塊，當外界環境的振動能量迫使質量塊上下振動時，由于阻擋塊與質量塊平衡點之間的距離為d，當質量塊的振蕩幅度超過d時，質量塊便會與阻擋塊相互碰撞，使得在較寬頻率范圍內輸出幅度一定，提高器件輸出的穩定性。

技術領域

本實用新型涉及能量收集的技術領域，具體涉及一種振動能量收集器。

背景技術

隨著科技的發展，人們生活水平的提高以及國家的大力支持，物聯網取得了極大的發展，也成為各高校、研究機構及公司研究的熱點。其中，無線傳感網絡（WSN）為物聯網的關鍵，為物聯網提供物質的信息。無線傳感網絡的傳感器節點具有數量大、體積小的特點，需要小型的、持久供能的能量供給模塊。而基于環境能量收集（Energy Harvesting）的MEMS微能源從理論上講，可以為無線傳感器節點提供取之不盡的能量，因此無論是學術界還是工業界，都對基于微納能量收集的自供電技術產生了極大的興趣。

此外，振動能量是自然界中最普遍存在的一種能量，收集的方式包括壓電式、電磁式靜電式等。壓電式能量收集器一般采用懸臂梁結構，與其他方式的收集方式相比，具有相當簡單的結構，能量密度高，可采用微機械（MEMS）加工工藝制作等優點，成為近年能量收集器領域的熱點。

目前大部分基于壓電效應的振動能量收集器都存在著一些缺點:(1)目前現有的壓電能量收集器的輸出電壓/功率過低，難以滿足能量存儲及驅動多個器件的要求;(2)工作帶寬較窄，只能在共振頻率附近很小范圍內才有較大輸出。基于此，一些專利也提出了一些解決辦法。如中國專利CN103647475A（公開日：2014.03.19）采用尖端與基底碰撞發生變形，從而帶動壓電片發生變形，進而產生電荷的方式進行能量收集。該收集器的尖端需與基底發生碰撞，尖端強度本就較小，多次碰撞會導致損壞。中國專利CN105262371A（公開日：2016-01-20）采用不同參數結構的收集單元陣列來拓寬頻帶范圍。該方式的能量收集器的各個收集單元諧振頻率不同，因此無論工作在哪個頻率上，陣列中其他能量收集單元由于振動的頻率不是其諧振頻率而處于停滯工作狀態，所以該能量收集器的總體工作效率較低。

實用新型內容

針對現有技術的不足，本實用新型旨在提供一種振動能量收集器，通過設置懸臂梁的阻擋塊，當外界環境的振動能量迫使質量塊上下振動時，如果質量塊的振蕩幅度超過與阻擋塊的距離，質量塊便會與阻擋塊相互碰撞，使得在較寬頻率范圍內輸出相同的電壓或功率幅值，提高器件輸出的穩定性。

為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案:

一種振動能量收集器，包括懸臂梁、設于所述懸臂梁的自由端的質量塊以及設于所述懸臂梁表面的壓電層，所述懸臂梁的自由端的上方設有與所述質量塊位置對應的阻擋塊；所述阻擋塊的最低點與質量塊的平衡點之間的距離小于所述質量塊正常工作時的振幅。

進一步地，所述振動能量收集器還包括有封裝外殼；所述封裝外殼包括上蓋和下蓋，所述上蓋和下蓋之間具有真空內腔，所述懸臂梁的自由端位于所述真空內腔內，并且具有振動空間；所述上蓋與所述質量塊位置對應的部位作為阻擋塊。

本實用新型的有益效果在于：

1、通過在懸臂梁自由端的上方設置與懸臂梁的質量塊位置對應的阻擋塊，當外界環境的振動能量迫使質量塊上下振動時，由于阻擋塊與質量塊平衡點之間的距離為d，當質量塊的振蕩幅度超過d時，質量塊便會與阻擋塊相互碰撞，使得在較寬頻率范圍內輸出幅度一定，提高器件輸出的穩定性。

2、進一步地，通過采用內部具有真空內腔的封裝結構，可以減少質量塊在擺動過程中的阻尼，提高能量收集器的收集效率。