[发明专利]一种多向宽频的压电式能量收集装置

说明书

本发明公开了一种多向的宽频的压电式振动能量收集装置的实现方法，用于解决传统压电式振动能量收集装置中存在的因环境能量收集方向单一，频带宽度窄所导致的能量收集效率低的技术问题。该装置采用回型悬梁臂结构，将压电元件粘贴在每块弹性基板，既可以收集到环境x方向和z方向的振动能量，也可收集到环境中不同频率的振动能量，该装置回形结构的设计能够缩小各个弹性基板的一阶谐振频率与二阶谐振频率的相差倍数，从而在一定尺寸的设计下，可以很好地实现拓宽频带的功能。

技术领域

本发明涉及一种能量收集装置，具体涉及一种压电式振动能量收集装置，可用于对多向的宽频的振动能量的收集，属于能量收集技术领域。

背景技术

能量收集装置能够从周围的环境中获取能量，并将其转换为电能，达到能量回收和再利用的目的。随着无线传感器技术和微电子技术的快速发展，微能源的利用也变得越来越迫切需要。传统的电池供电方式，由于更换电池的频繁以及维护成本的高昂，对人类的生产和生活带来了诸多的不便。而能量收集装置可以对环境中未被利用的能源进行收集、再利用，为低功耗电子设备和器件进行供电，从而有效地解决了运用电池所带来的诸多问题。因此，引起了国内外学者的广泛关注。

目前，环境中的能量源主要包括太阳能、热梯度能和机械振动能，其中，机械振动能是普遍存在的，并易于被转换为电能，是一种很有应用前景的能量。获取机械振动能的类型主要有压电式、静电式以及电磁式，其中，压电式振动能量收集器具有易集成、能量输出密度大、无需外接电源和结构简单等优点，被认为是极有希望替代传统电池的新的能量采集方式。其结构类型有悬臂梁式、Cymbal式、堆叠式等，其中悬臂梁结构是压电能量收集器的常见结构，已经取得了一些研究成果。

传统的压电式振动能量收集装置主要包括基座，压电片，质量块以及两个电极。压电片的一端固定在基座上，另一端付着有质量块。当振动能量装置收到外界环境振动的激励时，由于正压电效应，压电片的内部将产生正负电荷的相对移动，从而在压电片的两个表面上形成电势差，然后通过能量管理电路给电能存储设备或者用电装置进行供电。该压电式能量收集装置结构简单，易于实现，但可用的频带宽度较窄、谐振频率较高且只能收集单一方向的振动能，往往难以满足环境中的振动方向多变，且环境振动频率较低的实际应用情况。因此，传统的压电式能量收集装置具有较大的局限性，无法满足高效的能量收集需求。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术缺陷，提出了一种多向的宽频的压电式振动能量收集装置，用于解决传统压电式振动能量收集装置中存在的因环境能量收集方向单一，频带宽度窄所导致的能量收集效率低的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种多向的宽频的压电式振动能量收集装置，该装置包括固定座1、弹性基板2，压电元件3，电极4，质量块5。所述固定座1用于固定弹性基板2。所述弹性基板2包括五块弹性基板，第一弹性基板21的一端固定在固定座1上，另一端与第二弹性基板22连接并固定，且与第二弹性基板22垂直。第二弹性基板22一端固定于第一弹性基板21，另一端与第三弹性基板23连接并固定，且与第三弹性基板23垂直。第三弹性基板23、第四弹性基板24和第五弹性基板25相互固定连接并垂直，形成回型弹性基板2。该弹性基板2形成三个横向悬梁臂和两个纵向悬梁臂，由于悬梁臂参数不同，其谐振频率也不同，多个相近的谐振频率形成了较宽的频带宽度，并且横向与纵向的悬梁臂可用于收集z轴方向和x轴方向的振动能量。所述压电元件3是具有压电效应的材料，压电元件31，32，33，34和35分别粘贴在弹性基板21，22，23，24和25一侧。所述电极4用于输出压电片产生的电能。电极41，42，43，44和45分别粘贴在压电元件31，32，33，34和35表面。所述质量块5固定在第五弹性基板25的另一端，用于调整谐振频率。

有益效果：