[实用新型]一种基于多稳态的压电俘能器

说明书

本实用新型公开了一种基于多稳态的压电俘能器，包括主压电梁、弯曲压电梁和弹簧，在主压电梁的上下表面对称黏贴有第一压电片，主压电梁上指向弯曲压电梁弯曲部的一端的上下表面对称放置有第一振动磁铁，其另一端搭接在弹簧的顶端，两个第一振动磁铁以相对面为异极相吸状态布置，弯曲压电梁的弯曲内侧面上黏贴有第二压电片，弯曲压电梁的两个末端内侧面上对称放置有第二振动磁铁，两个末端外侧面上对称黏贴有第三压电片，位于主压电梁某一侧的第二振动磁铁与第一振动磁铁以相对面为同极相斥状态布置，而位于主压电梁另一侧的第二振动磁铁与第一振动磁铁以相对面为异极相吸状态布置。本实用新型中多稳态的设计和弯曲压电梁的使用发电效率明显提高。

技术领域

本实用新型涉及节能技术及再生环保新能源技术领域，具体涉及一种基于多稳态的压电俘能器，可有效收集周围环境的随机振动机械能进行发电。

背景技术

目前，大多数的低功率器件（如无线传感器和发射器，医疗植入传感器，便携式电子设备）都依赖电化学电池供电。但是，电化学电池具有寿命短、成本高及处理废旧电池带来的环境污染等问题，所以研究人员正积极寻找一种新的能源以代替电化学电池为低功率器件供电。

另外，微电子技术的不断发展大大降低了低功率器件的能耗，因而，从周围环境中收集能量以驱动低功率器件变得更加可行。从周围环境中可收集的能量主要包括太阳能、热能和机械能。其中，机械能，尤其是振动能在周围环境中分布广泛。在机械能向电能转换的多种途径中，压电俘能器具有结构简单、阻抗小、输出电流大等优点而备受关注。

但是现有压电振动发电装置存在环境适应性差、发电效率低、低频适应性差、单位时间内发电量小的缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提出了一种基于多稳态的压电俘能器，能够更适应环境中随机、宽带、低频、小振幅振动，提高能量回收效率。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于多稳态的压电俘能器，其特征是，包括主压电梁、弯曲压电梁和弹簧，主压电梁位于弯曲压电梁的弯曲侧且主压电梁的一端指向弯曲压电梁的弯曲部，在主压电梁的上下表面对称黏贴有第一压电片，主压电梁上指向弯曲压电梁弯曲部的一端的上下表面对称放置有第一振动磁铁，其另一端搭接在弹簧的顶端以随弹簧振动，两个第一振动磁铁以相对面为异极相吸状态布置，弯曲压电梁的弯曲内侧面上黏贴有第二压电片，弯曲压电梁的两个末端内侧面上对称放置有第二振动磁铁，相应的，两个末端外侧面上对称黏贴有第三压电片，位于主压电梁某一侧的第二振动磁铁与第一振动磁铁以相对面为同极相斥状态布置，而位于主压电梁另一侧的第二振动磁铁与第一振动磁铁以相对面为异极相吸状态布置。

优选的，弹簧谐振频率与主压电梁谐振频率成倍数关系。

优选的，弹簧的谐振频率与环境激励频率成倍数关系。

优选的，弯曲压电梁弯曲程度小于180°。

优选的，位于主压电梁上表面的第一压电片与下表面的第一压电片之间采用串联或并联结构。

优选的，第二压电片与第三压电片之间采用串联或并联结构。

优选的，第一压电片、第二压电片和第三压电片材料为PZT系列。

优选的，弯曲压电梁和主压电梁材料为弹性材料。

与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果是：

1）采用弹簧一方面可以对基础低幅值激励进行一级放大，从而满足主压电梁的谐振频率，提高能量采集器的输出性能；另一方面设计弹簧、主压电梁尺寸以满足弹簧频率与主压电梁频率、弹簧的谐振频率与环境频率成倍数关系，使得弹簧与主压电梁形成共振、弹簧对环境成倍数放大。