[发明专利]一种双阶级圆弧型压电式能量收集器

说明书

本发明揭示一种双阶级圆弧型压电式能量收集器，该能量收集器包括悬臂梁、压电层、固定质量块和可调质量块，悬臂梁为一圆弧形薄片，压电层附着于圆弧形薄片上，固定质量块附着于圆弧形薄片的一端，可调质量块可活动地附着于圆弧形薄片上，圆弧形薄片的右端附着设置有金属固定端。圆弧型薄片的内径为20mm，外径为30mm，宽度为10mm，圆弧度为180度，悬臂梁采用磷青铜材料制成。该能量收集器在可调质量块的移动角度为50度、90度、120度的一定结构下产生很高的功率；当可调质量块的移动角度为60度时，能产生0.032W的最大输出功率，体现了双阶级圆弧型压电式能量收集器能产生高的输出功率的特性。

技术领域

本发明涉及一种双阶级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。双自由度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。

高性能圆弧型压电能量收集器在一定的弧度下输出高电势，一阶频率大，多阶带宽长。双自由度圆弧型压电式能量收集器在一定的弧度下产生高电势一阶频率小，多阶带宽短，但两者均解决了能量吸收方向的单一性，可以吸收质量块顶面和侧面方向的振动能量。

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，提出一种双阶级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：一种双阶级圆弧型压电式能量收集器，包括悬臂梁、压电层、固定质量块和可调质量块，所述悬臂梁为一圆弧形薄片，所述压电层附着于圆弧形薄片上，所述固定质量块附着于圆弧形薄片的一端，所述可调质量块可活动地附着于圆弧形薄片上，所述圆弧形薄片的右端附着设置有金属固定端。

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180度。

优选地，所述悬臂梁采用磷青铜材料制成。

优选地，所述固定质量块和可调质量块间隙设置，所述固定质量块附着于圆弧形薄片的左端。

优选地，所述固定质量块和可调质量块的长、宽、高均为10mm，弧长为10rad。

优选地，所述固定质量块和可调质量块采用镍材料制成。

优选地，所述可调质量块的移动角度为10°~140°。

优选地，所述可调质量块的移动角度为60°。

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140度。

本发明技术方案的优点主要体现在：

1、该能量收集器在可调质量块的移动角度为50度、90度、120度的一定结构下产生很高的功率；当可调质量块的移动角度为60度时，能产生0.032W的最大输出功率，体现了双阶级圆弧型压电式能量收集器能产生高的输出功率的特性。

2、该能量收集器在可调质量块的移动角度为20度时，其对应的频率最大，为50Hz，随着角度的不断增大，其频率呈现减小的趋势，这体现了双阶级圆弧型压电式能量收集器产生频率小的特性且频率可调。

3、该能量收集器的结构简化为3层，并将质量块与连接片统一简化为圆弧型，极大简化了工艺制作过程。