[發(fā)明專利]一種互補(bǔ)型六級圓弧型壓電式能量收集器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810408686.6
• 申請日: 2018-05-02
• 公開（公告）號: CN108448936A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱宇宬;張煥卿;任怡靜;韓建;王德波
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 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(zé)任公司 32102
• 代理人: 姚姣陽

本發(fā)明揭示一種互補(bǔ)型六級圓弧型壓電式能量收集器，該壓電式能量收集器包括相互對稱的第一組懸臂梁和第二組懸臂梁，第一組懸臂梁與第二組懸臂梁之間通過固定質(zhì)量塊連接。第一組懸臂梁包括依次套設(shè)的第一懸臂梁、第二懸臂梁和第三懸臂梁，第一懸臂梁、第二懸臂梁和第三懸臂梁的左端均與可調(diào)質(zhì)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固定質(zhì)量塊連接。該互補(bǔ)型六級圓弧型壓電能量收集器由六片壓電層對稱級聯(lián)組成，較傳統(tǒng)的壓電式能量收集器而言，當(dāng)激勵(lì)作用于質(zhì)量塊時(shí)，特定弧度的圓弧型壓電能量收集器可以產(chǎn)生更高功率的能量，同時(shí)，該壓電能量收集器還可以提高器件的空間利用率，提升集成度，增強(qiáng)穩(wěn)定性，具有較高的研究價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種互補(bǔ)型六級圓弧型壓電式能量收集器，屬于能量收集技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

壓電能量收集器利用壓電效應(yīng)方式將周圍環(huán)境中無法直接利用的機(jī)械能轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)下雖然可以起到能量收集的作用，但是實(shí)驗(yàn)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(jié)構(gòu)的壓電能量收集器還有穩(wěn)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(dòng)施加于質(zhì)量塊頂面或側(cè)面，懸梁振動(dòng)形變，壓電層產(chǎn)生電勢，它雖然在一定程度上提升了收集能量的頻率范圍和輸出能量的功率強(qiáng)度，但是考慮到現(xiàn)實(shí)操作情況，簡單的圓弧型壓電式能量收集器很難滿足實(shí)際的能量收集需求。

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(chǎn)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(zhì)量塊頂面和側(cè)面方向的振動(dòng)能量。三階智能圓弧型壓電能量收集器，雖說保留了高性能圓弧形壓電能量收集器和雙自由度圓弧形壓電能量收集器能夠吸收頂面和側(cè)面方向的振動(dòng)能量的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在能量收集范圍和輸出電勢方面有了一定的改善，但是在實(shí)現(xiàn)頂面和側(cè)面均可進(jìn)行能量吸收的同時(shí)，不能將圓弧型壓電層對稱級聯(lián)，進(jìn)一步提高能量收集器的工作頻帶寬度、輸出電勢、器件穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提出一種互補(bǔ)型六級圓弧型壓電式能量收集器。

本發(fā)明的目的將通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)：一種互補(bǔ)型六級圓弧型壓電式能量收集器，包括相互對稱的第一組懸臂梁和第二組懸臂梁，所述第一組懸臂梁與第二組懸臂梁之間通過固定質(zhì)量塊連接。

優(yōu)選地，所述第一組懸臂梁包括依次套設(shè)的第一懸臂梁、第二懸臂梁和第三懸臂梁，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(yōu)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可調(diào)質(zhì)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固定質(zhì)量塊連接。

優(yōu)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(shè)置有第一壓電層，所述第一壓電層為一圓弧型材料層，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(shè)置有第二壓電層，所述第二壓電層為一圓弧型材料層，所述第三懸臂梁為弧度為180度的第一圓弧型薄片，所述第三圓弧型薄片上附著設(shè)置有第三壓電層，所述第三壓電層為一圓弧型材料層，所述第一壓電層、第二壓電層和第三壓電層的上方均活動(dòng)設(shè)置有可調(diào)質(zhì)量塊。

優(yōu)選地，所述第二組懸臂梁包括依次套設(shè)的第四懸臂梁、第五懸臂梁和第六懸臂梁，所述第四懸臂梁的半徑為R4，第五懸臂梁的半徑為R5，第六懸臂梁的半徑為R6，第四懸臂梁的半徑R4小于第五懸臂梁的半徑R5，第五懸臂梁的半徑R5小于第六懸臂梁的半徑R6。

優(yōu)選地，所述第四懸臂梁、第五懸臂梁和第六懸臂梁的左端均與固定質(zhì)量塊連接，所述第四懸臂梁、第五懸臂梁和第六懸臂梁的右端均與金屬固定端連接。