[发明专利]一种多自由度圆弧型压电能量收集器

说明书

本发明揭示一种多自由度圆弧型压电能量收集器，该压电能量收集器包括第一层悬臂梁、第二层悬臂梁和第三层悬臂梁，第一层悬臂梁与第二层悬臂梁呈中心对称；第二层悬臂梁与第三层悬臂梁呈中心对称构成弹簧状。第一层悬臂梁包括第一圆弧型薄片和第二圆弧型薄片，第一圆弧型薄片的一端连接有第一正方形薄片，第一正方形薄片的另一端连接第二圆弧型薄片，第二圆弧型薄片的另一端连接第二正方形薄片，第一圆弧型薄片和第二圆弧型薄片上分别附着有第一压电层和第二压电层。该多自由度圆弧型压电能量收集器一阶谐振频率较低，频率间距较短，能够三维方向上吸收能量，且具有易于集成化、微型化等优点。

技术领域

本发明涉及一种多自由度圆弧型压电能量收集器，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。

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，提出一种多自由度圆弧型压电能量收集器，该结构具有谐振频率低，多阶带宽短等优点，能够在三维方向上吸收能量。

本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：一种多自由度圆弧型压电能量收集器，包括第一层悬臂梁、第二层悬臂梁和第三层悬臂梁，第一层悬臂梁与第二层悬臂梁呈中心对称；第二层悬臂梁与第三层悬臂梁呈中心对称构成弹簧状。

优选地，所述第一层悬臂梁包括第一圆弧型薄片和第二圆弧型薄片，所述第一圆弧型薄片的一端连接有第一正方形薄片，所述第一正方形薄片的另一端连接第二圆弧型薄片，第二圆弧型薄片的另一端连接第二正方形薄片，所述第一圆弧型薄片和第二圆弧型薄片上分别附着有第一压电层和第二压电层。

优选地，所述第一正方形薄片上设置有第一质量块，所述第二正方形薄片上设置有第二质量块。

优选地，所述第二层悬臂梁包括第三圆弧型薄片和第四圆弧型薄片，所述第三圆弧型薄片的一端连接有第三正方形薄片，所述第三圆弧型薄片的另一端连接有第四正方形薄片，所述第四正方形薄片的另一端连接第四圆弧型薄片，所述第三圆弧型薄片和第四圆弧型薄片上分别附着有第三压电层和第四压电层，所述第二质量块上方附着设置有第五正方形薄片，所述第五正方形薄片用于连接第二层悬臂梁，所述第三正方形薄片上设置有第三质量块，所述第四正方形薄片上设置有第四质量块。

优选地， 所述第三质量块上附着设置有第六正方形薄片，所述第六正方形薄片用于连接第三层悬臂梁，所述第三层悬臂梁包括第六圆弧型薄片和第七圆弧型薄片，所述第六圆弧型薄片的一端连接有第六正方形薄片，所述第六正方形薄片的另一端连接第七圆弧型薄片，第七圆弧型薄片的另一端连接第七正方形薄片，所述第六圆弧型薄片和第七圆弧型薄片上分别附着有第六压电层和第七压电层。

优选地，所述悬臂梁采用磷青铜材料制成。

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，所述压电层为PZT-5H。

优选地，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。