[发明专利]宽频带多方向振动能量采集器

说明书

本发明专利涉及一种宽频带多方向振动能量采集器，属于新能源和发电技术领域。壳体由6块金属板和上盖板、下盖板构成，金属板上端和下端分别用直角型固定片和螺钉固定在上盖板和下盖板之间。所述的金属板设有用于固定压电振子的连接座，压电振子用螺钉固定在所述的连接座上；所述的压电振子由一个水平悬臂梁和两个垂直悬臂梁组成的T型结构，每个悬臂梁由金属基板和压电晶片粘接而成，水平悬臂梁的一端通过螺钉固定在金属板连接座上，另一端安装有金属质量块，两个垂直悬臂梁的一端固定在水平悬臂梁末端金属块上，另一端安装有磁铁；壳体的上盖板和下盖板上安装有磁铁；所述的两个垂直悬臂梁末端的磁铁和壳体上盖板、下盖板上的磁铁的同性磁极相对安装。优点在于：可实现宽频带、多方向及低频的振动能量采集。

技术领域

本发明属于新能源和发电技术领域，具体涉及一种宽频带多方向振动能量采集器，用于宽频带、多方向及低频的振动能量采集。

背景技术

为满足微小型低功耗电子产品和无线传感器网络节点的自供电需求，减少废弃电化学电池对环境的污染，基于压电、静电、磁电以及压电与磁电复合等原理的微型环境能量采集器的研究已成为国内外研究的热点。压电振动能量采集器由于具有结构简单、易于制作、易于小型化和集成化、且能量转换密度高等优点，具有广泛的应用前景，目前已逐步用于无线传感器网络、结构在线健康检测以及无线收发系统等领域。

国内外有较多的专利申请涉及压电振动能量采集器，典型的压电能量采集器结构主要是悬臂梁单晶片或悬臂梁双晶片压电振子，这些压电振子结构的谐振频带比较窄，难以获得较高的能量转换效率。为提高压电能量采集器的能量转换效率、增加压电能量采集器的有效频带宽度，目前出现了由多个压电振子构成能量采集器，如，中国发明专利201210088945.4提出了一种非接触激励的多维振动能量采集器，可实现任意方向、低频及大振幅的振动能量采集；中国发明专利201010601354.3提出了一种多个悬臂梁压电振子构成蒲公英状的能量采集器，可实现纵向振动和一个水平方向的振动能量采集；中国发明专利200810106046.6提出一种不同长度水平悬臂梁压电振子构成的宽频带压电能量采集器，等等。通常仅当压电振子谐振频率与环境振动频率一致时压电能量采集器的发电能力和能量转换效率达到最大，但事实上压电振子的谐振频率通常要高于环境振动频率，因此，直接利用压电振子采集环境振动能量的效果并不显著。为降低压电振子的谐振频率常用的方法是在压电振子末端安装质量块，该方法存在两个问题：1.当所安装的质量块较大时，压电振子产生的静态变形较大，在动态工作过程中会因变形过大而损坏；2.当所安装的质量较小时，对压电振子谐振频率的降低效果不明显，无法使得压电振子谐振频率与环境振动频率的相一致。另外，现有压电能量采集器对多方向振动源的响应能力不足，仅局限于对单一方向的振动能量采集。可见，工作频带窄、谐振频率高及振动能量采集方向单一是现有压电振动能量采集器的主要技术瓶颈。

发明内容

本发明提出一种宽频带多方向振动能量采集器，以解决现有压电能量采集装置工作频带窄、谐振频率高、无法采集多方向振动能量等问题。

本发明采用的实施方案是：壳体由6块金属板构成一个六面体，相邻两块金属板之间的夹角为120度，金属板上端和下端分别用直角型固定片和螺钉固定在上、下盖板之间。所述的金属板设有用于固定压电振子的连接座，压电振子用螺钉固定在所述的连接座上；所述的压电振子由一个水平悬臂梁和两个垂直悬臂梁组成T型结构，每个悬臂梁由金属基板和压电晶片粘接而成，水平悬臂梁的一端通过螺钉固定在金属板连接座上，另一端安装有金属质量块，两个垂直悬臂梁的一端固定在水平悬臂梁末端金属块上，另一端安装有磁铁；壳体的上盖板和下盖板上安装有磁铁；所述的两个垂直悬臂梁末端的磁铁和壳体上盖板、下盖板上的磁铁的同性磁极相对安装。

本发明实施方式中，固定于壳体金属板连接座上的压电振子由一个水平悬臂梁和两个垂直悬臂梁组成T型结构。

本发明实施方式中，安装于每个金属板连接座上的压电振子数量分别为1个，总共有6个压电振子，每个压电振子可以采集垂直振动和任一水平方向振动能量，实现多方向采集的功能。