[实用新型]高性能圆弧型压电式能量收集器

说明书

本实用新型公开了一种高性能圆弧型压电式能量收集器，该结构中梁基板采用延展性较好的磷青铜材料；压电层选择PZT‑5H；质量块采用镍材料。传统能量收集器均为直型结构，该能量收集器采用了一定弧度的圆弧型结构设计。当激励作用于质量块时，特定弧度的圆弧型压电能量收集器产生更高的电势。该圆弧型能量收集器除了可以吸收顶面的振动能量外，还可以吸收侧面的振动能量，提高了能量吸收效率，研究价值较高。

技术领域

本实用新型涉及一种高性能圆弧型压电式能量收集器，属于能量收集技术领域，以及微电子机械系统的技术领域。

背景技术

压电能量收集技术是将周围环境中无法直接利用的机械波，通过压电效应的方式转换为可以被利用的能量。在传统的直型压电悬臂梁结构中，外界振动施加于质量块顶端，悬梁振动形变，压电层产生压电效应。相比于其他形式的能量收集模式，这种结构简单的能量收集器更易于微型化、集成化，因而具有较大的研究价值。

从单一的直型压电悬臂梁振动能量采集器(中国专利公开号：CN105305879A)，到双稳态复合悬臂梁压电发电装置(中国专利公开号：CN102790549A)，均是以传统直型压电式能量收集器为基础设计各类压电式振动能量收集器，通过优化扩展该传统结构来提高振动能量转换效率。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种高性能圆弧型压电式能量收集器，，在一些特定弧度下具有电势高，其特殊的圆弧结构能够吸收顶面与侧面方向的振动能量。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本实用新型提供一种高性能圆弧型压电式能量收集器，包括悬臂梁，所述悬臂梁有一个圆弧形薄片和一个正方形薄片连接而成，所述圆弧形薄片上附着有压电层，所述正方形薄片上附着有质量块。

作为本实用新型的进一步技术方案，所述圆弧形薄片的右端连接正方形薄片，左端为固定端。

作为本实用新型的进一步技术方案，所述悬臂梁采用磷青铜材料制成。

作为本实用新型的进一步技术方案，所述圆弧形薄片的内外径分别为20mm、30mm，圆弧度为90度。

作为本实用新型的进一步技术方案，所述压电层的内外径分别为20mm、30mm，厚度为0.3mm，圆弧度为90度。

作为本实用新型的进一步技术方案，所述压电层为PZT-5H。

作为本实用新型的进一步技术方案，所述质量块采用镍材料制成。

作为本实用新型的进一步技术方案，所述质量块的长、宽、高分别为10mm、10mm、10mm。

本实用新型与传统的直型压电能量收集器相比，具有以下显著的优点：

1、与传统直型能量收集器相比，圆弧型压电能量收集器在不同弧度下具有优势电势，在特定弧度下具有超高电势；弧度为210度的圆弧型压电能量收集器的电势最高；弧度为50度、80度、90度、110度、120度、190度、200度、210度的特定弧度具有超高电势；

2、与传统直型能量收集器相比，该能量收集器的一阶频率偏大；弧度为30度的圆弧型压电式能量结构的一阶谐振频率最大；

3、与传统直型能量收集器相比，该能量收集器并不受激励方向的制约，能够接受顶面与侧面的激励。其中弧度为90度的圆弧型压电能量器的激励方向为顶面时，一阶频率的电势高；激励方向为侧面时，二、三阶频率的电势高。

附图说明

图1是90度弧度的圆弧型压电能量收集器的几何结构示意图。

图2是90度弧度的圆弧型压电能量收集器的电势与频率关系图。