[发明专利]基于压电效应的弧形振动能量采集器

权利要求书

1.基于压电效应的弧形振动能量采集器，其特征在于：该采集器包括一个弧形基体梁，两个半弧形压电元件和一个质量块；弧形基体梁一端固定在振动基体上，另一端悬空附着有质量块；两个半弧形压电元件被固定在弧形基体梁的表面；弧形压电元件的极化方向是圆弧的径向；电极层在弧形压电元件的两个表面上；弧形基体梁有两个塑造成型的半圆形单元沿着基体梁长度方向串行连接在一起，用来安装半弧形压电元件。

2.根据权利要求1所述的基于压电效应的弧形振动能量采集器，其特征在于：该采集器由一个第一弧形基体梁(11)和附着在其表面的弧形压电元件A(12)、弧形压电元件B(13)、第一质量块(14)组成；第一弧形基体梁(11)为上下对称的弧形结构；弧形压电元件A(12)、弧形压电元件B(13)分别串行连接并沿着第一弧形基体梁(11)的长度方向分布，第一弧形基体梁(11)的一端固定，另一端附着第一质量块(14)；

采用二维压电平板的能量采集器的极化方向通常是沿着固定的轴向(x、y或z轴)进行的；本结构中的弧形压电元件A(12)、弧形压电元件B(13)的极化方向是变化的并沿着径向进行的；弧形压电元件A(12)、弧形压电元件B(13)的形态是标准半弧形；不同的形态在实践中会被应用通过分析和仿真使弧形压电元件中的应力最大化和均一化。

3.根据权利要求1所述的基于压电效应的弧形振动能量采集器，其特征在于：第二弧形基体梁(21)的一端固定，另一端附着第二质量块(23)；一个弧形压电元件C(22)被粘贴在第二弧形基体梁(21)的表面。

4.根据权利要求1所述的基于压电效应的弧形振动能量采集器，其特征在于：第三弧形基体梁(31)的一端固定，另一端自由附着有第三质量块(35)；弧形压电片D(32)、弧形压电片E(33)、弧形压电片F(34)沿被固定在第三弧形基体梁(31)表面相互串行连接，沿着第三弧形基体梁(31)长度方向相互串行连接；很显然，根据实际需要更多的弧形单元能够串联到能量采集器中。

5.根据权利要求1所述的基于压电效应的弧形振动能量采集器，其特征在于：该采集器包括一个第四弧形基体梁(41)、弧形压电片G(42)、弧形压电片H(43)、弧形压电片I(44)、弧形压电片J(45)、第四质量块(46)；第四弧形基体梁(41)一端固定，另一端连接第四质量块(46)；四个弧形压电片，两两一对贴于第四弧形基体梁(41)的弧形表面的外边和里面；两对弧形压电片串联沿着弧形基体梁长度方向分布；一对、三对或者更多对弧形压电片能够连接到能量采集器中。

6.根据权利要求1所述的基于压电效应的弧形振动能量采集器，其特征在于：第五弧形基体梁(51)的两端都被固定到基体上；弧形压电片K(52)、弧形压电片L(53)、弧形压电片M(54)和弧形压电片N(55)被粘贴在第五弧形基体梁(51)弧形部分的表面；第五弧形基体梁(51)的中心贴有一个第五质量块(56)；这一形式会引起振动非线性，其有助于工作频带的拓宽；弧形基体梁(51)的一端顺次连接有弧形压电片K(52)、弧形压电片L(53)，另一端顺次连接有弧形压电片M(54)、弧形压电片N(55)；在两个固定端的弧形压电片K(52)、弧形压电片L(53)、弧形压电片M(54)和弧形压电片N(55)能够拥有不同的尺寸和安装方式；弧形压电片的数量能够根据实际需要变化。

7.根据权利要求1所述的基于压电效应的弧形振动能量采集器，其特征在于：所述弧形压电片的材料是PZT或ZnO或quartz或singalcrystal材料或者其他有压电效应的材料。

8.根据权利要求1所述的基于压电效应的弧形振动能量采集器，其特征在于：压电陶瓷极化过程中，压电材料是在径向极化的，极化方向垂直于内外弧面；极化方向也能够是周向，平行于内外弧面；在这种极化情况下，压电陶瓷的剪切模式被利用了。