[发明专利]一种低频压电式振动能量采集器

说明书

本发明公开了一种新型低频压电式振动能量采集器，包括压电悬臂梁、固定座和质量块，所述压电悬臂梁包括周期性等间隔设置的回转板和周期性倾斜等间隔设置的转接板，所述相邻的回转板通过转接板进行连接；所述压电悬臂梁的两端分别为自由端和固定端，所述的固定端与回转板垂直连接，所述质量块设置在自由端上，所述固定座设置在固定端上。本发明可产生较大的输出电压，能够稳定实现为无线传感网络节点、嵌入式传感器或微型电子产品等外部设备进行供电，并且更容易引起谐振，使得谐振频率降低，有利于与人体的振动频率进行匹配。

技术领域

本发明涉及振动能量采集领域，尤其是一种新型低频压电式振动能量采集器。

背景技术

在现代社会中，能源问题越来越严峻，发掘新的可用能源成为燃眉之急。环境中的振动无处不在，且是自然存在的，不受外界环境、天气等因素，如果可以将该振动能量采集，则会大大缓解能源危机，而现实生活中人体振动的能量非常丰富，应该得到更多的采集。目前市面上的振动能量采集装置大多采用压电板来实现，但这类装置的压电板一般设置为垂直向或水平向，整体上空间占用大，但实际上输出的压电电压较低，难以满足无线传感网络节点、嵌入式传感器或微型电子产品等外部设备的供电要求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种新型低频压电式振动能量采集器，采用了折叠式的周期性结构，可为外部设备产生更高的电压输出。

为了弥补现有技术的不足，本发明采用的技术方案是：

一种新型低频压电式振动能量采集器，包括压电悬臂梁、固定座和质量块，所述压电悬臂梁包括周期性等间隔设置的回转板和周期性倾斜等间隔设置的转接板，所述相邻的回转板通过转接板进行连接；所述压电悬臂梁的两端分别为自由端和固定端，所述的固定端与回转板垂直连接，所述质量块设置在自由端上，所述固定座设置在固定端上。

进一步，所述的自由端为转接板的一端。

优选地，所述回转板的数目不小于5块，所述转接板的数目不小于4块。

进一步，本发明还包括与所述压电悬臂梁的形状相同的金属基片，所述的压电悬臂梁和质量块设置有两组且呈中心对称设置在金属基片的两侧。

优选地，所述金属基片为黄铜基片，厚度为0.1mm。

优选地，所述的质量块为长方体状永磁铁，长、宽和高分别为 2mm、4mm和8mm。

优选地，所述的压电悬臂梁为PZT压电陶瓷片。

本发明的有益效果是：本发明采用由回转板和转接板周期性组成的折叠结构，相比于传统的垂直式或水平式结构，减小了压电悬臂梁的长度或宽度，在相同的面积及激励作用下，可覆盖铺设更多的压电板，因此可产生更大的输出电压，从而稳定实现为无线传感网络节点、嵌入式传感器或微型电子产品等外部设备进行供电；并且由于整体长度或宽度的缩短，在振动能量的传导方面会更加的容易，即更容易引起谐振，因此谐振频率更低，有利于与人体的振动频率进行匹配。

附图说明

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的实施方案。

图1是本发明的振动能量采集器的俯视图；

图2是本发明的振动能量采集器的侧视图；

图3是本发明在0-100Hz内的输入机械功率、输出电压和输出电荷功率的曲线图；

图4是本发明在一阶谐振频率24.9Hz附近的输入机械功率、输出电压和输出电荷功率的曲线图；

图5是本发明在一阶谐振频率24.9Hz下的阻抗匹配仿真图。

具体实施方式