[发明专利]一种机械整流式压电悬臂梁振动能量收集器

权利要求书

1.一种机械整流式压电悬臂梁振动能量收集器，其特征在于，包括底座（1）、固定于底座的固支端（2）以及电极支架（6）、固支于固支端（2）的压电悬臂梁（3）和附加在压电悬臂梁（3）尖端的质量块（4），质量块（4）的上下表面分别设置有上活动电极（8）和下活动电极（10），上活动电极（8）和下活动电极（10）分别与压电悬臂梁（3）的两个引线连接；电极支架（6）固定于底座（1）上，电极支架（6）上从上至下设置有上固定电极（7）、中固定电极（9）和下固定电极（11），上固定电极（7）位于上活动电极（8）的上方，中固定电极（9）位于上活动电极（8）和下活动电极（10）之间，下固定电极（11）位于下活动电极（10）的下方，上固定电极（7）和下固定电极（11）相连；

上活动电极（8）和下活动电极（10）采用针状电极，上固定电极（7）、中固定电极（9）和下固定电极（11）采用片状电极；

或者，上活动电极（8）和下活动电极（10）采用片状电极，上固定电极（7）、中固定电极（9）和下固定电极（11）采用针状电极；

上活动电极（8）和下活动电极（10）采用弹性电极；

上固定电极（7）和中固定电极（9）的电极间距、上活动电极（8）和下活动电极（10）的电极间距以及中固定电极（9）和下固定电极（11）的电极间距相同，电极间距为限位振幅的两倍；

上固定电极（7）和下固定电极（11）相连作为机械整流式压电悬臂梁振动能量收集器的正极，中固定电极（9）作为机械整流式压电悬臂梁振动能量收集器的负极。

2.根据权利要求1所述的一种机械整流式压电悬臂梁振动能量收集器，其特征在于，上活动电极（8）和上固定电极（7）的电极间距、上活动电极（8）和中固定电极（9）的电极间距、下活动电极（10）和中固定电极（9）的电极间距以及下活动电极（10）和下固定电极（11）的电极间距均等于限位振幅。

3.根据权利要求1所述的一种机械整流式压电悬臂梁振动能量收集器，其特征在于，中固定电极（9）与上固定电极（7）之间以及与下固定电极（11）之间连接有负载。

4.一种权利要求1-3任意一项所述的机械整流式压电悬臂梁振动能量收集器的整流方法，其特征在于，包括如下过程：

当压电悬臂梁（3）和质量块（4）振动至上方限位振幅时，压电悬臂梁（3）产生的正电荷从上活动电极（8）传递至上固定电极（7），压电悬臂梁（3）产生的负电荷从下活动电极（10）传递至中固定电极（9）；

当压电悬臂梁（3）和质量块（4）振动至下方限位振幅时，压电悬臂梁（3）产生的正电荷从下活动电极（10）传递至下固定电极（11），压电悬臂梁（3）产生的负电荷从上活动电极（8）传递至中固定电极（9）。

5.一种能量收集方法，其特征在于，利用权利要求1-3任意一项所述的机械整流式压电悬臂梁振动能量收集器进行，包括如下过程：

当压电悬臂梁（3）和质量块（4）振动至上方限位振幅时，压电悬臂梁（3）产生的正电荷从上活动电极（8）传递至上固定电极（7），压电悬臂梁（3）产生的负电荷从下活动电极（10）传递至中固定电极（9），收集中固定电极（9）与上固定电极（7）之间的直流电能；

当压电悬臂梁（3）和质量块（4）振动至下方限位振幅时，压电悬臂梁（3）产生的正电荷从下活动电极（10）传递至下固定电极（11），压电悬臂梁产生的负电荷从上活动电极（8）传递至中固定电极（9），收集中固定电极（9）与下固定电极（11）之间的直流电能。