[发明专利]一种叉指型圆弧压电式能量收集器

说明书

本发明揭示一种叉指型圆弧压电式能量收集器，该能量收集器包括主悬臂梁、第一副悬臂梁和第二副悬臂梁，主悬臂梁、第一副悬臂梁和第二副悬臂梁构成一U字形结构，第一副悬臂梁和第二副悬臂梁相互对称设置，第一副悬臂梁和第二副悬臂梁设置有至少两对悬臂梁对，每对所述悬臂梁对之间间隙交叉设置；第一副悬臂梁和第二副悬臂梁的一端均与主悬臂梁固定连接；每对所述悬臂梁对均由圆弧型薄片与正方形薄片对称连接而成，每个所述圆弧型薄片上附着设置有压电层，每个所述正方形薄片上附着设置有质量块。该叉指型圆弧压电能量收集器与传统压电能量收集器相比，能够多方向收集能量，不仅可以吸收顶面能量，还可以吸收侧面的能量。

技术领域

本发明涉及一种叉指型圆弧压电式能量收集器，属于能量收集技术领域。

背景技术

压电能量收集器基于压电材料的压电效应，在环境振动的激励下，器件中的压电层产生应变，在表面产生极化电荷，从而将环境振动的机械能转换成所需要的电能。目前常用的压电式能量收集器通常为直型结构，在该结构下虽然可以起到能量收集的作用，但是实验表明可收集的能量频率范围较小，输出电势较低。除此之外，直型结构的压电能量收集器还有稳定性低、空间利用率少等一系列缺陷。

传统的单圆弧压电式能量收集器通过将悬臂梁设计为一定弧形，在特定的弧度下输出高电势，不仅可以吸收顶面的振动能量，还可以吸收侧面方向的振动能量。传统的高性能圆弧型压电能量收集器（中国专利公开号：201711361801.0）通过将悬臂梁设计为一定弧形，在特定的弧度下输出高电势，可以吸收顶面、侧面方向的振动能量，虽然在一定弧度下可以将载荷转化为电能输出，但是在一定的外加载荷下，它的输出电势明显较小，能量和空间利用率较低，且结构不对称容易引起稳定性问题，同时也具有多阶频率低、频率间距较大等的缺陷。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种叉指型圆弧压电式能量收集器。

本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：一种叉指型圆弧压电式能量收集器，包括主悬臂梁、第一副悬臂梁和第二副悬臂梁，所述主悬臂梁、第一副悬臂梁和第二副悬臂梁构成一U字形结构，所述第一副悬臂梁和第二副悬臂梁相互对称设置，所述第一副悬臂梁和第二副悬臂梁设置有至少两对悬臂梁对，每对所述悬臂梁对之间间隙交叉设置。

优选地，所述第一副悬臂梁和第二副悬臂梁的一端均与主悬臂梁固定连接。

优选地，每对所述悬臂梁对均由圆弧型薄片与正方形薄片对称连接而成，每个所述圆弧型薄片上附着设置有压电层，每个所述正方形薄片上附着设置有质量块。

优选地，第一对所述悬臂梁对包括第一圆弧型薄片、第二圆弧型薄片、第一正方形薄片和第二正方形薄片，所述第一圆弧型薄片和第二圆弧型薄片上附着设置有压电层，所述第一正方形薄片和第二正方形薄片均附着设置有质量块。

优选地，第二对所述悬臂梁对包括第三圆弧型薄片、第四圆弧型薄片、第三正方形薄片和第四正方形薄片，所述第三圆弧型薄片和第四圆弧型薄片上附着设置有压电层，所述第三正方形薄片和第四正方形薄片均附着设置有质量块。

优选地，所述主悬臂梁长度为35mm，所述副悬梁臂长度为107mm，宽度为5mm。

优选地，所述圆弧形薄片的内径为20mm、外径为30mm，厚度为0.5mm，圆弧度为90度。

优选地，所述悬臂梁采用磷青铜材料制成，所述压电层为PZT-5H。

优选地，所述压电层的内径为20mm、外径为30mm，厚度为0.3mm，圆弧度为90度。

优选地，所述质量块采用镍材料制成，所述质量块的长、宽、高分别为10mm、10mm、10mm。