[发明专利]一种双轨圆弧型压电式能量收集器

说明书

本发明揭示一种双轨圆弧型压电式能量收集器，该能量收集器包括一悬臂梁对，悬臂梁对由两个相互对称的悬臂梁连接而成，每个所述悬臂梁均由一个圆弧型薄片和一个正方形薄片连接而成，圆弧型薄片上附着有压电层，正方形薄片上附着有质量块；悬臂梁对以正方形薄片的对角线为中心对称轴对称分布；圆弧型薄片的左端连接有正方形薄片，圆弧型薄片的右端为固定端。本技术方案的双轨圆弧型压电能量收集器不仅可以吸收顶面、侧面方向的振动能量，而且具有输出电压高，空间利用率高，稳定性好的优势，且具有容易集成化、微型化的特点。

技术领域

本发明涉及一种双轨圆弧型压电式能量收集器，属于能量收集技术领域。

背景技术

压电能量收集器利用压电效应方式将周围环境中无法直接利用的机械能转换为可以直接利用的电能。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外界振动施加于质量块顶面或侧面，悬梁振动形变，压电层产生电势。

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，提出一种双轨圆弧型压电式能量收集器。

本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：一种双轨圆弧型压电式能量收集器，包括一悬臂梁对，所述悬臂梁对由两个相互对称的悬臂梁连接而成，每个所述悬臂梁均由一个圆弧型薄片和一个正方形薄片连接而成，所述圆弧型薄片上附着有压电层，所述正方形薄片上附着有质量块。

优选地，所述悬臂梁对以正方形薄片的对角线为中心对称轴对称分布。

优选地，所述圆弧型薄片的左端连接有正方形薄片，所述圆弧型薄片的右端为固定端。

优选地，所述正方形薄片为圆弧型材料层。

优选地，所述悬臂梁采用磷青铜材料制成。

优选地，所述圆弧型薄片的内径为20mm，外径为30mm，宽度为10mm，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。

优选地，所述质量块的长、宽、高分别为10mm、10mm、10mm。

本发明技术方案的优点主要体现在：

在外加激励载荷不变的情况下，该双轨圆弧型压电能量收集器的压电层面积是圆弧型压电式能量收集器的两倍，这意味着双轨型压电能量收集器可以输出更多功率的能量，因而具有更高的电势。

对于同样大小的质量块，该双轨圆弧型压电能量收集器对应有两片压电层，而圆弧型压电式能量收集器为单轨结构，仅有一片压电层与质量块对应，这种结构可有效地提高空间利用率，进而提高了该装置作为压电集成芯片的集成单元小模块的集成度。

该双轨圆弧型压电能量收集器由两片完全对称的悬臂梁及附着在其上面的压电层组成，因而具有对称性，这使得双轨型压电能量收集器具有更好地对称性和适用性。相比较于单轨道的圆弧型压电能量收集器，本技术方案的双轨圆弧型压电能量收集器不仅可以吸收顶面、侧面方向的振动能量，而且具有输出电压高，空间利用率高，稳定性好的优势，且具有容易集成化、微型化的特点。

附图说明

图1为本发明的一种双轨圆弧型压电能量收集器的结构示意图。