[实用新型]一种振动能量收集器

说明书

本实用新型公开了一种振动能量收集器，包括悬臂梁、设于所述悬臂梁的自由端的质量块以及设于所述悬臂梁表面的压电层，所述悬臂梁的自由端的上方设有与所述质量块位置对应的阻挡块；所述阻挡块的最低点与质量块的平衡点之间的距离小于所述质量块正常工作时的振幅。本实用新型通过在悬臂梁自由端的上方设置与悬臂梁的质量块位置对应的阻挡块，当外界环境的振动能量迫使质量块上下振动时，由于阻挡块与质量块平衡点之间的距离为d，当质量块的振荡幅度超过d时，质量块便会与阻挡块相互碰撞，使得在较宽频率范围内输出幅度一定，提高器件输出的稳定性。

技术领域

本实用新型涉及能量收集的技术领域，具体涉及一种振动能量收集器。

背景技术

随着科技的发展，人们生活水平的提高以及国家的大力支持，物联网取得了极大的发展，也成为各高校、研究机构及公司研究的热点。其中，无线传感网络（WSN）为物联网的关键，为物联网提供物质的信息。无线传感网络的传感器节点具有数量大、体积小的特点，需要小型的、持久供能的能量供给模块。而基于环境能量收集（Energy Harvesting）的MEMS微能源从理论上讲，可以为无线传感器节点提供取之不尽的能量，因此无论是学术界还是工业界，都对基于微纳能量收集的自供电技术产生了极大的兴趣。

此外，振动能量是自然界中最普遍存在的一种能量，收集的方式包括压电式、电磁式静电式等。压电式能量收集器一般采用悬臂梁结构，与其他方式的收集方式相比，具有相当简单的结构，能量密度高，可采用微机械（MEMS）加工工艺制作等优点，成为近年能量收集器领域的热点。

目前大部分基于压电效应的振动能量收集器都存在着一些缺点:(1)目前现有的压电能量收集器的输出电压/功率过低，难以满足能量存储及驱动多个器件的要求;(2)工作带宽较窄，只能在共振频率附近很小范围内才有较大输出。基于此，一些专利也提出了一些解决办法。如中国专利CN103647475A（公开日：2014.03.19）采用尖端与基底碰撞发生变形，从而带动压电片发生变形，进而产生电荷的方式进行能量收集。该收集器的尖端需与基底发生碰撞，尖端强度本就较小，多次碰撞会导致损坏。中国专利CN105262371A（公开日：2016-01-20）采用不同参数结构的收集单元阵列来拓宽频带范围。该方式的能量收集器的各个收集单元谐振频率不同，因此无论工作在哪个频率上，阵列中其他能量收集单元由于振动的频率不是其谐振频率而处于停滞工作状态，所以该能量收集器的总体工作效率较低。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型旨在提供一种振动能量收集器，通过设置悬臂梁的阻挡块，当外界环境的振动能量迫使质量块上下振动时，如果质量块的振荡幅度超过与阻挡块的距离，质量块便会与阻挡块相互碰撞，使得在较宽频率范围内输出相同的电压或功率幅值，提高器件输出的稳定性。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:

一种振动能量收集器，包括悬臂梁、设于所述悬臂梁的自由端的质量块以及设于所述悬臂梁表面的压电层，所述悬臂梁的自由端的上方设有与所述质量块位置对应的阻挡块；所述阻挡块的最低点与质量块的平衡点之间的距离小于所述质量块正常工作时的振幅。

进一步地，所述振动能量收集器还包括有封装外壳；所述封装外壳包括上盖和下盖，所述上盖和下盖之间具有真空内腔，所述悬臂梁的自由端位于所述真空内腔内，并且具有振动空间；所述上盖与所述质量块位置对应的部位作为阻挡块。

本实用新型的有益效果在于：

1、通过在悬臂梁自由端的上方设置与悬臂梁的质量块位置对应的阻挡块，当外界环境的振动能量迫使质量块上下振动时，由于阻挡块与质量块平衡点之间的距离为d，当质量块的振荡幅度超过d时，质量块便会与阻挡块相互碰撞，使得在较宽频率范围内输出幅度一定，提高器件输出的稳定性。

2、进一步地，通过采用内部具有真空内腔的封装结构，可以减少质量块在摆动过程中的阻尼，提高能量收集器的收集效率。