[發明專利]一種基于形狀記憶合金的寬頻懸臂梁能量收集裝置

在審

• 申請號: 202010756972.9
• 申請日: 2020-07-31
• 公開（公告）號: CN111756275A
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 金華伏安光電科技有限公司
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種基于形狀記憶合金的寬頻懸臂梁能量收集裝置，加熱部設置在懸臂梁上、質量塊和壓電材料塊之間，加熱部與外部加熱電路連接，形狀記憶合金部設置在加熱部上，形狀記憶合金部為各向異性結構，形狀記憶合金部的對稱軸不沿懸臂梁方向。本發明應用加熱部改變形狀記憶合金部的溫度，從而改變形狀記憶合金部的質量分布，從而調節懸臂梁的共振頻率。此外，形狀記憶合金部為各向異性結構，并且對稱軸不沿懸臂梁方向，從而導致懸臂梁上的楊氏模型分布產生各向異性，懸臂梁內不同部位之間的耦合導致懸臂梁固有振動頻率的寬度增加，從而實現寬頻能量收集。

技術領域

本發明涉及能量轉化及收集領域，具體涉及一種基于形狀記憶合金的寬頻懸臂梁能量收集裝置。

背景技術

振動能量是自然界常見的能量形式。常用的振動能量采集裝置有膜式、鈸式、懸臂梁式。由于懸臂梁式振動能量采集具有結構簡單、容易實現的優點，即使在較低的振動頻率下也能保證高輸出功率，所以懸臂梁式能量采集裝置在振動能量采集中被廣泛的關注。傳統懸臂梁式振動能量采集裝置的共振頻率不可調、頻帶窄，降低了振動能量采集的效率。

發明內容

為解決以上問題，本發明提供了一種基于形狀記憶合金的寬頻懸臂梁能量收集裝置，包括：振源、懸臂梁、壓電材料塊、質量塊、加熱部、形狀記憶合金部，懸臂梁的一端固定在振源上，壓電材料塊設置在懸臂梁頂面上靠近固定端的部位，壓電材料塊與外部能量采集電路連接，質量塊設置在懸臂梁頂面靠近自由端的部位，加熱部設置在懸臂梁上、質量塊和壓電材料塊之間，加熱部與外部加熱電路連接，形狀記憶合金部設置在加熱部上，形狀記憶合金部為各向異性結構，形狀記憶合金部的對稱軸不沿懸臂梁方向。

更進一步地，形狀記憶合金部的形狀為長方形，長方形的長邊與懸臂梁的方向之間的夾角大于30度、小于60度。

更進一步地，形狀記憶合金部的形狀為橢圓形，橢圓形的長軸與懸臂梁的方向之間的夾角大于30度、小于60度。

更進一步地，形狀記憶合金部為開口的環形，環形所在平面法線方向與懸臂梁的方向之間的夾角大于30度、小于60度。

更進一步地，開口在懸臂梁的正上方。

更進一步地，形狀記憶合金部延伸出懸臂梁。

更進一步地，形狀記憶合金從懸臂梁的一側延伸出懸臂梁。

更進一步地，懸臂梁的材料為鋁合金、硅、半導體材料、金剛石。

更進一步地，壓電材料塊的材料為壓電陶瓷或聚偏氟乙烯。

更進一步地，質量塊的材料為鋁合金。

本發明的有益效果：本發明提供了一種基于形狀記憶合金的寬頻懸臂梁能量收集裝置，加熱部設置在懸臂梁上、質量塊和壓電材料塊之間，加熱部與外部加熱電路連接，形狀記憶合金部設置在加熱部上，形狀記憶合金部為各向異性結構，形狀記憶合金部的對稱軸不沿懸臂梁方向。應用時，振源帶動懸臂梁振動，壓電材料塊兩側產生電荷，外部電路采集壓電材料塊產生的電能。本發明應用加熱部改變形狀記憶合金部的溫度，從而改變形狀記憶合金部的質量分布，從而調節懸臂梁的共振頻率。此外，形狀記憶合金部為各向異性結構，并且對稱軸不沿懸臂梁方向，從而導致懸臂梁上的楊氏模型分布產生各向異性，懸臂梁內不同部位之間的耦合導致懸臂梁固有振動頻率的寬度增加，從而實現寬頻能量收集。

以下將結合附圖對本發明做進一步詳細說明。

附圖說明

圖1是基于形狀記憶合金的寬頻懸臂梁能量收集裝置的示意圖。

圖2是基于形狀記憶合金的寬頻懸臂梁能量收集裝置的俯視圖。

圖中：1、振源；2、懸臂梁；3、壓電材料塊；4、質量塊；5、加熱部；6、形狀記憶合金部。

具體實施方式