[发明专利]一种全向宽频带大功率的纵向阵列式俘能装置

说明书

提供了一种全向宽频带大功率的纵向阵列式俘能装置，包括装置外壳和纵向阵列非线性简支板压电梁，所述纵向阵列非线性简支板压电梁组设置有若干组，所述装置外壳内表面的左右两侧均固定连接有夹持组件，所述纵向阵列非线性简支板压电梁的一端与夹持组件相连接，所述纵向阵列非线性简支板压电梁组呈现交叉形式排布。本发明通过装置外壳、非线性质量部、夹持组件、L型连接板、T型连接板、压电片和压电梁的配合，实现了采集频带宽，环境适应能力强且低频率低振幅振动环境下全方向能量采集，该压电振动俘能装置主要用于微电子、无线网络等领域，具有装置结构空间体积小、结构简单、成本低廉、压电梁刚度小、输出功率大，使用寿命长，工作稳定等优点。

技术领域

本发明属于压电振动能量俘获技术领域，具体涉及一种纵向阵列式和全向宽频带大功率的压电俘能装置。

背景技术

随着微电子、无线网络、MEMS等低耗能产品的应用迅速发展，传统的以化学电池为其主要的供能方式存在质量大，体积大，供能寿命有限，污染环境等弊端，且长期工作需要更换电池，否则可能会引起数据丢失或数据损坏等局限性。振动能量在我们日常生活中无处不在，且压电振动能量俘获装置具有寿命长、输出能量密度大等优势，压电材料制成的振动俘能器具有结构简单易于加工、无需外部电源、便于实现小型化和集成化等诸多优点，因此振动能量采集技术具有广阔前景，成为国内外学者研究热点。

国内外学者针对压电能量俘能器的研究,更多的是对于压电双晶悬臂梁型结构的探究,这种结构往往工作频带较窄、能量采集效率较低，因此实现宽频带、低幅振动全向高效采集的功能是我们发明装置的改进重点。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种全向宽频带大功率的纵向阵列式俘能装置，具备结构紧凑、刚度小、拓宽频带和低幅振动全向高效采集等优点，解决了现有的振动俘能器存在的结构空间体积较大、能量密度低、采集带宽小、采集维度单一和低振幅环境下能量采集效率低等问题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种全向宽频带大功率的纵向阵列式俘能装置，包括装置外壳和纵向阵列非线性简支板压电梁组，所述纵向阵列非线性简支板压电梁组设置有若干组，所述装置外壳内表面的左右两侧均固定连接有夹持组件，所述纵向阵列非线性简支板压电梁的一端与夹持组件相连接，所述纵向阵列非线性简支板压电梁组呈现交叉形式排布，所述置外壳为方形透明壳体，且采用亚克力材料；

所述纵向阵列非线性简支板压电梁组包括顶部阵列简支板压电梁、中间阵列简支板压电梁、底部阵列简支板压电梁、L型连接板、T型连接板和非线性质量部，所述顶部阵列简支板压电梁、中间阵列简支板压电梁、底部阵列简支板压电梁均包括压电片和压电梁，且组成部件、材质、数量均相同；

所述顶部阵列简支板压电梁、中间阵列简支板压电梁、底部阵列简支板压电梁的一端均完全固定在夹持组件之间，顶部阵列简支板压电梁、底部阵列简支板压电梁的另一端连接L型连接板的一端，且与顶部位置和底部位置的压电梁的连接方式为铰接，与中间位置的压电梁的连接方式为滑槽连接，中间阵列简支板压电梁的另一端与T型连接板的一端相连接，且与顶部位置和底部位置的压电梁连接方式为铰接，与中间位置压电梁连接方式为滑槽连接。

进一步的，所述非线性质量部包括弹簧、主质量块和副质量块，所述主质量块通过胶水粘结于L型连接板的一侧，所述副质量块为方形，且相邻副质量块之间采用弹簧连接，相邻副质量块与L型连接板、T型连接板之间用弹簧连接，所述主质量块每个均2克，副质量块每个均1.5克。

进一步的，所述夹持组件包括螺栓紧固件和夹板，所述螺栓紧固件设置有若干组，且螺栓紧固件依次贯穿活动连接夹板，所述螺栓紧固件均采用标准件，夹板采用亚克力材料，且尺寸可根据实际应用需求进行选取。

进一步的，所述压电片采用PZT-5H压电陶瓷片，结构尺寸为40×15×0.2mm，所述压电片的两极面均焊接有导线，所述压电梁采用H60黄铜片材料，结构尺寸为50×15×0.2mm，所述压电片通过导电胶水粘结于压电梁上表面。