[發明專利]一種三階智能圓弧型壓電式能量收集器

在審

• 申請號: 201810408542.0
• 申請日: 2018-05-02
• 公開（公告）號: CN108448934A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 朱宇宬;張煥卿;倪欽崟;王宇豪;韓建;王德波
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 姚姣陽

本發明揭示了一種三階智能圓弧型壓電式能量收集器，該壓電式能量收集器包括三個懸臂梁，第一懸臂梁、第二懸臂梁和第三懸臂梁依次套設，第一懸臂梁的半徑為R1，第二懸臂梁的半徑為R2，第三懸臂梁的半徑為R3，第一懸臂梁的半徑R1小于第二懸臂梁的半徑R2，第二懸臂梁的半徑R2小于第三懸臂梁的半徑R3；所述第一懸臂梁、第二懸臂梁和第三懸臂梁的左端均與固定質量塊連接，所述第一懸臂梁、第二懸臂梁和第三懸臂梁的右端均與金屬固定端連接。本技術方案的三階智能圓弧型壓電能量收集器可在特定結構下可進行能量吸收的多維度調節，在實現大頻率范圍內振動能量吸收的同時，又可以將頻率控制于一點輸出高功率。

技術領域

本發明涉及一種三階智能圓弧型壓電式能量收集器，屬于能量收集技術領域。

背景技術

壓電能量收集器利用壓電效應方式將周圍環境中無法直接利用的機械能轉換為可以直接利用的電能。目前常用的壓電式能量收集器通常為直型結構，在該結構下雖然可以起到能量收集的作用，但是實驗表明可收集的能量頻率范圍較小，輸出電勢較低。除此之外，直型結構的壓電能量收集器還有穩定性低、空間利用率少等一系列缺陷。雙自由度圓弧壓電式能量收集器通過外界振動施加于質量塊頂面或側面，懸梁振動形變，壓電層產生電勢。

高性能圓弧型壓電能量收集器在一定的弧度下輸出高電勢，一階頻率大，多階帶寬長。雙自由度圓弧型壓電式能量收集器在一定的弧度下產生高電勢一階頻率小，多階帶寬短，但兩者均解決了能量吸收方向的單一性，可以吸收質量塊頂面和側面方向的振動能量，但上述兩者結構結構復雜、加工困難，不易于MEMS集成、不能同時兼備高性能與雙自由度技術的優勢。

發明內容

本發明的目的就是為了解決現有技術中存在的上述問題，提出一種三階智能圓弧型壓電式能量收集器。

本發明的目的將通過以下技術方案得以實現：一種三階智能圓弧型壓電式能量收集器，包括三個懸臂梁，第一懸臂梁、第二懸臂梁和第三懸臂梁依次套設，所述第一懸臂梁的半徑為R1，第二懸臂梁的半徑為R2，第三懸臂梁的半徑為R3，第一懸臂梁的半徑R1小于第二懸臂梁的半徑R2，第二懸臂梁的半徑R2小于第三懸臂梁的半徑R3。

優選地，所述第一懸臂梁、第二懸臂梁和第三懸臂梁的左端均與固定質量塊連接，所述第一懸臂梁、第二懸臂梁和第三懸臂梁的右端均與金屬固定端連接。

優選地，所述第一懸臂梁為弧度為180度的第一圓弧型薄片，所述第一圓弧型薄片上附著設置有一階壓電層，所述一階壓電層為一圓弧型材料層，所述第一圓弧型薄片的左端與第一固定質量塊連接，所述第一圓弧型薄片的上方活動地設置有第一可調質量塊。

優選地，所述第二懸臂梁為弧度為180度的第二圓弧型薄片，所述第二圓弧型薄片上附著設置有二階壓電層，所述二階壓電層為一圓弧型材料層，所述二階壓電層的弧度為160度，所述第二圓弧型薄片的左端與第二固定質量塊連接，所述第二圓弧型薄片的上方活動地設置有第二可調質量塊。

優選地，所述第三懸臂梁為弧度為180度的第三圓弧型薄片，所述第三圓弧型薄片上附著設置有三階壓電層，所述三階壓電層為一圓弧型材料層，所述第三圓弧型薄片的左端與第三固定質量塊連接，所述第三圓弧型薄片的上方活動地設置有第三可調質量塊。

優選地，所述第一圓弧型薄片的內徑為20mm，外徑為30mm，寬度為10mm，圓弧度為180度；所述第二圓弧型薄片的內徑為20mm，外徑為30mm，寬度為10mm，圓弧度為180度；所述第三圓弧型薄片的內徑為20mm，外徑為30mm，寬度為10mm，圓弧度為180度，所述第一圓弧型薄片與第二圓弧型薄片之間的間隔為1mm，所述第二圓弧型薄片與第三圓弧型薄片之間的間隔為1mm。

優選地，所述懸臂梁采用磷青銅材料制成。