[實用新型]一種叉指型圓弧壓電式能量收集器

有效

• 申請號: 201820649794.8
• 申請日: 2018-05-02
• 公開（公告）號: CN208174577U
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發明（設計）人: 朱宇宬;戴瑞萍;劉鈺;任怡靜;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

本實用新型揭示一種叉指型圓弧壓電式能量收集器，該能量收集器包括主懸臂梁、第一副懸臂梁和第二副懸臂梁，主懸臂梁、第一副懸臂梁和第二副懸臂梁構成一U字形結構，第一副懸臂梁和第二副懸臂梁相互對稱設置，第一副懸臂梁和第二副懸臂梁設置有至少兩對懸臂梁對，每對所述懸臂梁對之間間隙交叉設置；第一副懸臂梁和第二副懸臂梁的一端均與主懸臂梁固定連接；每對所述懸臂梁對均由圓弧型薄片與正方形薄片對稱連接而成，每個所述圓弧型薄片上附著設置有壓電層，每個所述正方形薄片上附著設置有質量塊。該叉指型圓弧壓電能量收集器與傳統壓電能量收集器相比，能夠多方向收集能量，不僅可以吸收頂面能量，還可以吸收側面的能量。

技術領域

本實用新型涉及一種叉指型圓弧壓電式能量收集器，屬于能量收集技術領域。

背景技術

壓電能量收集器基于壓電材料的壓電效應，在環境振動的激勵下，器件中的壓電層產生應變，在表面產生極化電荷，從而將環境振動的機械能轉換成所需要的電能。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。

傳統的單圓弧壓電式能量收集器通過將懸臂梁設計為一定弧形，在特定的弧度下輸出高電勢，不僅可以吸收頂面的振動能量，還可以吸收側面方向的振動能量。傳統的高性能圓弧型壓電能量收集器（中國專利公開號：201711361801.0）通過將懸臂梁設計為一定弧形，在特定的弧度下輸出高電勢，可以吸收頂面、側面方向的振動能量，雖然在一定弧度下可以將載荷轉化為電能輸出，但是在一定的外加載荷下，它的輸出電勢明顯較小，能量和空間利用率較低，且結構不對稱容易引起穩定性問題，同時也具有多階頻率低、頻率間距較大等的缺陷。

發明內容

本實用新型的目的就是為了解決現有技術中存在的上述問題，提出一種叉指型圓弧壓電式能量收集器。

本實用新型的目的將通過以下技術方案得以實現：一種叉指型圓弧壓電式能量收集器，包括主懸臂梁、第一副懸臂梁和第二副懸臂梁，所述主懸臂梁、第一副懸臂梁和第二副懸臂梁構成一U字形結構，所述第一副懸臂梁和第二副懸臂梁相互對稱設置，所述第一副懸臂梁和第二副懸臂梁設置有至少兩對懸臂梁對，每對所述懸臂梁對之間間隙交叉設置。

優選地，所述第一副懸臂梁和第二副懸臂梁的一端均與主懸臂梁固定連接。

優選地，每對所述懸臂梁對均由圓弧型薄片與正方形薄片對稱連接而成，每個所述圓弧型薄片上附著設置有壓電層，每個所述正方形薄片上附著設置有質量塊。

優選地，第一對所述懸臂梁對包括第一圓弧型薄片、第二圓弧型薄片、第一正方形薄片和第二正方形薄片，所述第一圓弧型薄片和第二圓弧型薄片上附著設置有壓電層，所述第一正方形薄片和第二正方形薄片均附著設置有質量塊。

優選地，第二對所述懸臂梁對包括第三圓弧型薄片、第四圓弧型薄片、第三正方形薄片和第四正方形薄片，所述第三圓弧型薄片和第四圓弧型薄片上附著設置有壓電層，所述第三正方形薄片和第四正方形薄片均附著設置有質量塊。

優選地，所述主懸臂梁長度為35mm，所述副懸梁臂長度為107mm，寬度為5mm。

優選地，所述圓弧形薄片的內徑為20mm、外徑為30mm，厚度為0.5mm，圓弧度為90度。

優選地，所述懸臂梁采用磷青銅材料制成，所述壓電層為PZT-5H。

優選地，所述壓電層的內徑為20mm、外徑為30mm，厚度為0.3mm，圓弧度為90度。

優選地，所述質量塊采用鎳材料制成，所述質量塊的長、寬、高分別為10mm、10mm、10mm。