[发明专利]高效率多方向振动能量采集装置

权利要求书

1.高效率多方向振动能量采集装置，其特征在于：该装置包括压电材料(1)、弓型板(2)、质量块(3)、弹性梁(4)、基座(5)，所述该结构以压电材料(1)为对称中心，其余构件对称分布在压电材料(1)两侧；所述压电材料(1)与两侧的质量块(3)通过弓型板(2)连接在一起；质量块(3)与基座(5)通过弹性梁(4)连接在一起；弓形板(2)和压力材料(1)之间可设置有垫片，以避免不可预期的冲击损坏压电材料(1)；弹性梁(4)和基座(5)可设置弹性垫，用以吸收轴向振动；压电原件(1)和两个弓形板(2)一起构成了中心弯曲伸张元件；

基座(5)是用来固定整个机构的，在实践中它可以是任何运动的物体，如桥梁、飞行器、车辆、心脏起搏器；

所述压电材料(1)为压电陶瓷、PVDF、石英、单晶材料或者其它具有良好压电效能的材料；压电材料(1)为单层或两层或者多层结构；压电材料(1)可在不同的压电模式下工作，如d31、d33、d15；

力的第一级放大由弹性梁(4)完成；弹性梁(4)与质量块(3)、基座(5)的连接方式是固定连接或铰链连接或球形接头连接；力的第二级放大由弓型板(2)完成；

所述的高效率多方向振动能量采集装置，其可以由基座(5)激励引起振动，也可以是振动激励直接施加在中心弯曲伸张元件或者质量块(3)上；

所述的高效率多方向振动能量采集装置，其中中心弯曲伸张元件是圆形钗钹型(21)或方形钗钹型(22)或鼓型结构(23)；弓形板(2)的倾斜角度θ2是正角、零度角或者负角；多个中心弯曲伸张元件可串联或并联在一起，安装在一对弹性梁(4)之间；基座(5)振动激励串联的或并联的弓型板(2)振动，进而通过压电效应产生电能；

质量块(3)的位置在弓形板(2)的边缘或者中心；添加质量块(3)的目的是为了减小共振频率和吸收更多的惯性能；在一些情况下，如，对质量有严格限制的应用或者直接激励中心元件的工作方式或者中心压电材料和弓形板已经足够重，也可不添加质量块(3)；两个质量块(3)是任意形状来配合不同的工作状态，如机翼型来收集利用流体振动能；

所述弹性梁(4)有变化非均一的形状，如S形弹性梁(41)或者弹簧(42)，以获得不同的刚度系数；弹性梁(4)为纯金属材料，如铝，或非金属材料如弹性高分子聚合物或合金如SMA；两个弹性梁(4)是平行设置或者有一定夹角，来平衡重力影响或者增强角度对称方向的振动；两个弹性梁(4)的长度相同或不同；沿弹性梁(4)轴向的预应力是压缩或者拉伸的，可以通过调节预应力的大小来获得不同的动力学性能。

2.根据权利要求1所述的高效率多方向振动能量采集装置，其特征在于：该装置动作过程如下，首先通过弹性梁(4)固定到基座(5)上；基座(5)振动，振动通过弹性梁(4)首先被位于中心位置的质量块(3)，和中心弯曲伸张元件吸收；质量块(3)和中心弯曲伸张元件振动,进而引起弹性梁(4)的弯曲和伸张；弹性梁(4)内部的拉伸变形引起弓形板(2)的屈曲变形；最后，弓形梁(2)的屈曲变形导致中心的压电元件(1)受到压缩载荷产生电能；在这一过程中激励的方向改变了两次：第一次垂直方向的振动被传递转变为沿着弹性梁(4)水平方向的拉力；第二次水平方向弹性梁(4)内的拉力被传递转化为压电元件(1)中的压缩力；在这一转化中，激励的强度也被放大了两次。