[发明专利]一种悬臂梁式负刚度压电振动能量收集装置

说明书

本发明属于能量收集设备领域，并公开了一种悬臂梁式负刚度压电振动能量收集装置，包括底座、竖向机座、磁铁固定机座、压电片夹紧块、磁铁固定块、压电片和磁铁组；磁铁组包括磁铁A和磁铁B，所述磁铁A和磁铁B上下布置在磁铁固定机座上，磁铁A安装在所述磁铁固定机座上，并且该磁铁A上固定安装所述压电片的一端，所述压电片的另一端固定安装在所述压电片夹紧块上，所述磁铁B安装在所述磁铁固定块上，所述磁铁固定块安装在所述磁铁固定机座上，所述磁铁A和磁铁B相对的一侧为异名磁极。本发明可以在微弱振动的环境下依然可以得到很高的能量，提高了能量收集的效率。通过调节磁铁之间的相对距离，可以调节能量收集效率以及工作频率的范围。

技术领域

本发明属于能量收集设备领域，更具体地，涉及一种悬臂梁式负刚度压电振动能量收集装置。

背景技术

随着传感网络硬件的发展，将网络嵌入各种航空，民用和机械基础设施的方法在经济上和技术上都成为可能。但是，在系统需要电缆去获得传统能源或电池需要不时更换的情况下，“嵌入式”传感的概念并不能完全实现。因此需要收集和储存能量使得这些嵌入式系统能够尽可能的自动化。虽然现在大尺度上太阳能和风能作为能量采集已经是成熟的技术，但在小尺度，低能量，嵌入式传感系统中的能量采集发展，仍处于发展阶段。

因此基于热电效应，光伏效应，压电效应，电磁效应等原理，利用电子元器件从工作环境中的温度梯度，光照，机械振动中获取能量，从而转换为电能的能量采集技术应运而生。能量收集技术是一种利用能量收集器从其周边环境中获取能量的技术,也因此被称为新型环境能量釆集技术。本质上是利用机械运动来产生电能。其中,机械运动能包括风能、振动能、旋转动能、以及其他能量如人体动能等。能量收集器能够利用各种不同的压电材料,将环境中的能量进行转化,以电能的形式进行储存和利用。

能量收集器工作时无需消耗任何能量,具有再利用、无污染的优点,应用领域包括交通、海洋、微机电系统、微小型电子设备等。尤其是20世纪90年代末以来,在日常生活中,经常要用到尺寸介于微米和毫米之间的微型器件,例如汽车安全气囊系统的加速计和喷墨打印机的微喷嘴等各种无线传感器和MEMS器件,利用锂电池供电已经无法满足这类微型器件的使用要求，这就促使能量收集器得到越来越多的重视。

在众多可釆集的能量当中,振动能或运动能是一种最为普遍，也是人人都能轻易接触到的能量,比如土木工程中的高楼，桥梁，铁路等,又比如人体中肢体运动、血液流动、心脏跳动等生命过程中,且有着较高的能量密度。对振动能进行收集将在无线网络、嵌入式系统、低能耗设备等方面的有着非常广泛的应用，而传统的线性能量收集器的工作频率范围较窄，能量采集效率不高，难以满足一些场合下的使用要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种悬臂梁式负刚度压电振动能量收集装置，通过磁铁之间引力的作用，增大压电片的振动幅度，并且使得振动进入非线性阶段，从而提高了收集的能量并且拓宽了工作频率范围。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种悬臂梁式负刚度压电振动能量收集装置，其特征在于，包括底座、竖向机座、磁铁固定机座、压电片夹紧块、磁铁固定块、压电片和磁铁组，其中，

所述竖向机座和所述磁铁固定机座均竖直安装在所述底座上；

所述压电片夹紧块和所述磁铁固定块分别安装在所述竖向机座和所述磁铁固定机座上；

所述磁铁组包括磁铁A和磁铁B，所述磁铁A和磁铁B上下布置在所述磁铁固定机座上并且它们相互平行，其中，所述磁铁A安装在所述磁铁固定机座上，并且该磁铁A上固定安装所述压电片的一端，所述压电片的另一端固定安装在所述压电片夹紧块上，所述磁铁B安装在所述磁铁固定块上，所述磁铁固定块安装在所述磁铁固定机座上，所述磁铁A和磁铁B相对的一侧为异名磁极。

优选地，所述竖向机座由不锈钢制成。