[實用新型]一種基于多穩態的壓電俘能器

有效

• 申請號: 201821228383.8
• 申請日: 2018-08-01
• 公開（公告）號: CN208548842U
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 江兵;廖沁祎;臧鑫善;談龍照;朱靖宇
• 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: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本實用新型公開了一種基于多穩態的壓電俘能器，包括主壓電梁、彎曲壓電梁和彈簧，在主壓電梁的上下表面對稱黏貼有第一壓電片，主壓電梁上指向彎曲壓電梁彎曲部的一端的上下表面對稱放置有第一振動磁鐵，其另一端搭接在彈簧的頂端，兩個第一振動磁鐵以相對面為異極相吸狀態布置，彎曲壓電梁的彎曲內側面上黏貼有第二壓電片，彎曲壓電梁的兩個末端內側面上對稱放置有第二振動磁鐵，兩個末端外側面上對稱黏貼有第三壓電片，位于主壓電梁某一側的第二振動磁鐵與第一振動磁鐵以相對面為同極相斥狀態布置，而位于主壓電梁另一側的第二振動磁鐵與第一振動磁鐵以相對面為異極相吸狀態布置。本實用新型中多穩態的設計和彎曲壓電梁的使用發電效率明顯提高。

技術領域

本實用新型涉及節能技術及再生環保新能源技術領域，具體涉及一種基于多穩態的壓電俘能器，可有效收集周圍環境的隨機振動機械能進行發電。

背景技術

目前，大多數的低功率器件（如無線傳感器和發射器，醫療植入傳感器，便攜式電子設備）都依賴電化學電池供電。但是，電化學電池具有壽命短、成本高及處理廢舊電池帶來的環境污染等問題，所以研究人員正積極尋找一種新的能源以代替電化學電池為低功率器件供電。

另外，微電子技術的不斷發展大大降低了低功率器件的能耗，因而，從周圍環境中收集能量以驅動低功率器件變得更加可行。從周圍環境中可收集的能量主要包括太陽能、熱能和機械能。其中，機械能，尤其是振動能在周圍環境中分布廣泛。在機械能向電能轉換的多種途徑中，壓電俘能器具有結構簡單、阻抗小、輸出電流大等優點而備受關注。

但是現有壓電振動發電裝置存在環境適應性差、發電效率低、低頻適應性差、單位時間內發電量小的缺陷。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服現有技術中的不足，提出了一種基于多穩態的壓電俘能器，能夠更適應環境中隨機、寬帶、低頻、小振幅振動，提高能量回收效率。

為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種基于多穩態的壓電俘能器，其特征是，包括主壓電梁、彎曲壓電梁和彈簧，主壓電梁位于彎曲壓電梁的彎曲側且主壓電梁的一端指向彎曲壓電梁的彎曲部，在主壓電梁的上下表面對稱黏貼有第一壓電片，主壓電梁上指向彎曲壓電梁彎曲部的一端的上下表面對稱放置有第一振動磁鐵，其另一端搭接在彈簧的頂端以隨彈簧振動，兩個第一振動磁鐵以相對面為異極相吸狀態布置，彎曲壓電梁的彎曲內側面上黏貼有第二壓電片，彎曲壓電梁的兩個末端內側面上對稱放置有第二振動磁鐵，相應的，兩個末端外側面上對稱黏貼有第三壓電片，位于主壓電梁某一側的第二振動磁鐵與第一振動磁鐵以相對面為同極相斥狀態布置，而位于主壓電梁另一側的第二振動磁鐵與第一振動磁鐵以相對面為異極相吸狀態布置。

優選的，彈簧諧振頻率與主壓電梁諧振頻率成倍數關系。

優選的，彈簧的諧振頻率與環境激勵頻率成倍數關系。

優選的，彎曲壓電梁彎曲程度小于180°。

優選的，位于主壓電梁上表面的第一壓電片與下表面的第一壓電片之間采用串聯或并聯結構。

優選的，第二壓電片與第三壓電片之間采用串聯或并聯結構。

優選的，第一壓電片、第二壓電片和第三壓電片材料為PZT系列。

優選的，彎曲壓電梁和主壓電梁材料為彈性材料。

與現有技術相比，本實用新型所達到的有益效果是：

1）采用彈簧一方面可以對基礎低幅值激勵進行一級放大，從而滿足主壓電梁的諧振頻率，提高能量采集器的輸出性能；另一方面設計彈簧、主壓電梁尺寸以滿足彈簧頻率與主壓電梁頻率、彈簧的諧振頻率與環境頻率成倍數關系，使得彈簧與主壓電梁形成共振、彈簧對環境成倍數放大。