[發明專利]橋式自適應壓電能量采集器

有效

• 申請號: 201810973298.2
• 申請日: 2018-08-24
• 公開（公告）號: CN109194193B
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發明（設計）人: 秦毅;韋甜甜;趙月;陳偉偉
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 11275 北京同恒源知識產權代理有限公司
• 代理人: 趙榮之<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明公開了一種橋式自適應壓電能量采集器，該采集器包括兩端固定的單晶壓電梁及設置在壓電梁兩端的活動質量塊，壓電梁橫向中軸線的兩側對稱開設有滑動通槽，質量塊通過連接件對應吊裝在滑動通槽中；質量塊可隨梁的振動在槽中移動；能夠隨著外界激勵的變化，自動調整梁的諧振頻率，與外激勵相匹配，有效拓寬了能量收集頻帶，提升了電壓輸出，并且質量塊能夠自主移動到系統的平穩位置振動，使輸出電壓穩定，從而有效提高了振動能量收集效率。

技術領域

本發明屬于發電裝置領域，具體涉及一種橋式自適應壓電能量采集器。

背景技術

近年來，隨著微電子和無線通訊技術的不斷發展，推動了大規模無線傳感器網絡、可穿戴設備、物聯網技術的進步，其在軍事、醫療、環境監測、工業自動化等多個領域的應用備受矚目。這些無線傳感器網絡、可穿戴設備均依靠傳統電池提供電量，但是傳統電池具有使用壽命短、體積大、污染環境等缺點，且在一些場合難以更新維護，給實際應用帶來了困難，限制了無線傳感器網絡的大規模應用。

為解決上述問題，人們提出了壓電振動發電技術。其中，懸臂梁式壓電能量采集器因結構簡單，易產生相對較大的應變，得到了廣泛地設計和研究。但傳統的懸臂梁式壓電能量采集器，只在諧振頻率下有較大電壓輸出，一旦偏離諧振頻率，輸出電壓便驟然下降，而在實際應用中，環境頻率往往在某一范圍內不斷變化，不具有固定周期，工作頻率單一的懸臂梁式壓電能量采集器已無法滿足使用需求。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種能夠自適應調整諧振頻率的壓電能量采集器，在實際應用中能夠隨著外部環境自適應調節諧振頻率，提高振動能量采集效率。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種橋式自適應壓電能量采集器，包括壓電梁、壓電片以及質量塊，壓電梁兩端固定形成橋，其橫向中軸線的兩側對稱開設有滑動通槽，壓電片貼附在壓電梁的上/下表面且對應位于兩滑動通槽的側面處，分別懸掛在壓電梁兩端的質量塊各自通過連接件對應安裝在橫向中軸線兩側的滑動通槽上，質量塊通過連接件可沿滑動通槽滑動或緊固在滑動通槽上。

進一步，滑動通槽的中軸線與壓電梁的縱向中軸線重合，設置在滑動通槽兩側的壓電片關于縱向中軸線對稱。

進一步，壓電梁的上、下表面均設有壓電片。

進一步，開設在橫向中軸線兩側的滑動通槽一端距離壓電梁橫向中軸線一定距離，另一端開至壓電梁的固定端頭處。

進一步，壓電梁為板狀單晶壓電梁。

進一步，壓電梁采用銅制成。

進一步，壓電片采用PZT-51壓電陶瓷制成。

進一步，質量塊采用ABS樹脂制成。

進一步，質量塊通過連接件可拆卸安裝在滑動通槽上。

本發明的有益效果在于：在頻率不斷變化或在一定范圍內波動的環境振動中，該采集器不僅存在主共振與亞諧共振，而且移動質量塊能夠改變橋式壓電梁結構的諧振頻率，從而拓寬能量采集的頻帶，同時質量塊與壓電梁之間發生沖擊，可提升橋式能量收集裝置的電壓輸出，并且質量塊能夠自主地移動到某一位置進行平穩振動，保證了輸出電壓穩定?？偟膩碚f，該采集器能夠隨著外界激勵或環境振動而自主調節諧振頻率，能夠有效拓寬能量收集頻帶，提升電壓輸出，從而提高振動能量收集效率。

附圖說明

為了使本發明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發明提供如下附圖進行說明：

圖1為本發明的主視圖；

圖2為圖1的俯視圖；

圖3為圖1的A-A截面示意圖；