一種多方向壓電振動(dòng)能量收集器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種壓電振動(dòng)能量收集器，特別涉及一種可將多方向的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化成電能的能量收集器。
【背景技術(shù)】
[0002]能量收集器是采集周圍環(huán)境中釋放的微能量，并將其轉(zhuǎn)化為電能的裝置。與傳統(tǒng)的供能方式，如集中供電，電池供電方式相比，能量收集裝置不受連接線的限制，且無需頻繁更換。這些特點(diǎn)，使得能量收集裝置在無線傳感網(wǎng)絡(luò)、微電機(jī)系統(tǒng)和個(gè)人移動(dòng)設(shè)備等微小機(jī)電系統(tǒng)有廣泛的運(yùn)用前景。這些系統(tǒng)能量消耗低，但要求使用時(shí)間長，并且一般無法使用電力線進(jìn)行供電，而電池供能方式存在體積大，壽命短，需要頻繁更換等缺點(diǎn)。因此，能量收集裝置理論上能夠有效解決以上這些系統(tǒng)的供能問題。同時(shí)能量收集器有助于能量的循環(huán)利用，減少能量的浪費(fèi)。
[0003]目前壓電振動(dòng)能量收集器大多采用帶有質(zhì)量的懸臂梁結(jié)構(gòu)，利用周圍環(huán)境的振動(dòng)激勵(lì)使得懸臂梁發(fā)生諧振，并由此帶動(dòng)內(nèi)部壓電材料的形狀發(fā)生改變，產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)變，由于材料的壓電效應(yīng)，其應(yīng)變能轉(zhuǎn)化為電能。然而，目前的振動(dòng)能量收集裝置往往只能敏感某個(gè)固定方向的振動(dòng)，而在實(shí)際情況中，振動(dòng)源的振動(dòng)往往是多向的。同時(shí)，實(shí)際應(yīng)用中振動(dòng)源通常都具有一定帶寬的頻帶，當(dāng)收集器的自振頻率與振動(dòng)源的頻帶有重合部分時(shí)，便會(huì)共振發(fā)生現(xiàn)象，此時(shí)能量收集的效率最高。因此，如何拓寬能量收集器的自振頻率帶寬是研究能量收集器的主要課題之一。
[0004]專利CN101340160B提出一種基于壓電材料的多方向振動(dòng)能量收集裝置，此裝置雖然可以收集多個(gè)方向的振動(dòng)，但由于只采用了一個(gè)質(zhì)量塊，能量收集器的自振頻率單一，當(dāng)振動(dòng)源的振動(dòng)頻帶與能量收集器的自振頻率無重合部分時(shí)，能量收集效率較低。專利CN203951386U提出一種寬頻帶微型壓電振動(dòng)能量收集器，此能量收集裝置雖然有較寬頻段的自振頻率，但只能收集一個(gè)方向的振動(dòng)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]為了解決振動(dòng)現(xiàn)有能量收集裝置存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單、自振頻率寬的多方向壓電振動(dòng)能量收集器。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是:包括環(huán)型支架、懸臂梁、壓電層、質(zhì)量塊、彈簧、底座，所述的環(huán)型支架置于底座上，環(huán)型支架內(nèi)對(duì)稱設(shè)有三組懸臂梁，懸臂梁一端固定于環(huán)型支架上，另一端與質(zhì)量塊相連，三個(gè)質(zhì)量塊兩兩之間用彈簧相連；懸臂梁的表面設(shè)有壓電層，所述的環(huán)型支架通過底座與振動(dòng)源相連。
[0007]上述的多方向壓電振動(dòng)能量收集器中，所述的環(huán)型支架上有標(biāo)注角度的刻度，所述的底座上安裝有指針，所述的環(huán)型支架可以在底座上轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0008]上述的多方向壓電振動(dòng)能量收集器中，所述的懸臂梁的兩面都設(shè)有壓電層。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明在環(huán)型支架內(nèi)對(duì)稱設(shè)有三組懸臂梁，能夠收集一個(gè)平面上各個(gè)方向的振動(dòng)能量，并且擁有較寬頻段的自振頻率；三個(gè)質(zhì)量塊之間的振動(dòng)相互耦合，在平面內(nèi)的任何方向的外界振動(dòng)，都會(huì)激發(fā)三個(gè)質(zhì)量塊的振動(dòng)，因此，本發(fā)明能夠更加有效的吸收不同方向的振動(dòng)能量。同時(shí)，所述的能量收集器在不同的方向，自振頻率不同，因此，對(duì)于單一方向的外界振動(dòng)源，可以調(diào)節(jié)環(huán)型支架與底座的安裝角度，使得能量收集器的自振頻率與振動(dòng)源的頻帶重合度最大，以獲取最大的振動(dòng)能量。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；
在圖中，1.環(huán)型支架2.懸臂梁3.壓電層4.質(zhì)量塊51.彈簧52.簧片6.底座7.刻度8.指針。
【具體實(shí)施方式】
[0011]如圖1所示，本發(fā)明包括:環(huán)型支架1、懸臂梁2、壓電層3、質(zhì)量塊4、彈簧51、簧片52、底座6。環(huán)型支架1置于底座6上，環(huán)型支架1可以在底座6上轉(zhuǎn)動(dòng)，底座6上安裝有指針8，環(huán)型支架1設(shè)有刻度7，在所述的環(huán)型支架1上固定著三組懸臂梁2，在所述的每組懸臂梁2的自由端固定有一個(gè)質(zhì)量塊4，三個(gè)質(zhì)量塊4與三組懸臂梁2 —一對(duì)應(yīng)。所述的懸臂梁2的表面上設(shè)置有壓電層3，可在所述懸臂梁2的單個(gè)表面設(shè)置壓電層3，也可以在懸臂梁2的兩面都設(shè)置所述的壓電層3。在所述的三個(gè)質(zhì)量塊4之間，用彈簧51兩兩相互連接，使得三組質(zhì)量塊懸臂梁系統(tǒng)相互耦合。所述的環(huán)型支架1通過底座6與振動(dòng)源相連。
[0012]如圖2所示，本實(shí)施例中，所述的三個(gè)質(zhì)量塊4之間采用有具有彈性的彈簧片52連接。此時(shí)，所述的環(huán)型支架1、懸臂梁2、質(zhì)量塊4和彈簧片52所組成的振動(dòng)系統(tǒng)可以采用金屬切削完成，無需組裝過程，適合批量生產(chǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多方向壓電振動(dòng)能量收集器，包括環(huán)型支架(I)、懸臂梁(2)、壓電層(3)、質(zhì)量塊(4)、彈簧(51)、底座(6)，其特征在于，所述的環(huán)型支架(I)置于底座(6)上，環(huán)型支架內(nèi)對(duì)稱設(shè)有三組懸臂梁(2)，懸臂梁(2)—端固定于環(huán)型支架(I)上，另一端與質(zhì)量塊(4)相連，三個(gè)質(zhì)量塊(4)兩兩之間用彈簧(51)相連；懸臂梁(2)的表面設(shè)有壓電層(3)，所述的環(huán)型支架通過底座(6)與振動(dòng)源相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多方向壓電振動(dòng)能量收集器，其特征在于，所述的環(huán)型支架(1)上有標(biāo)注角度的刻度(7)，所述的底座(6)上安裝有指針(8)，所述的環(huán)型支架可以在底座(6)上轉(zhuǎn)動(dòng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多方向壓電振動(dòng)能量收集器，其特征在于，所述的懸臂梁(2)的兩面都設(shè)有壓電層(3)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多方向壓電振動(dòng)能量收集器，其特征在于，所述的彈簧(51)為彈簧片。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多方向壓電振動(dòng)能量收集器。其包括：包括環(huán)型支架、懸臂梁、壓電層、質(zhì)量塊、彈簧、底座，所述的環(huán)型支架置于底座上，環(huán)型支架內(nèi)對(duì)稱設(shè)有三組懸臂梁，懸臂梁一端固定于環(huán)型支架上，另一端與質(zhì)量塊相連，三個(gè)質(zhì)量塊兩兩之間用彈簧相連；懸臂梁的表面設(shè)有壓電層，所述的環(huán)型支架通過底座與振動(dòng)源相連。本發(fā)明能夠收集平面上各個(gè)方向的振動(dòng)能量，并且擁有較寬頻段的自振頻率，因此，能夠更加有效的吸收不同方向的振動(dòng)能量。
【IPC分類】H02N2/18
【公開號(hào)】CN105305882
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510850660
【發(fā)明人】趙興煒, 趙伏軍, 張孟舉
【申請(qǐng)人】湖南科技大學(xué)
【公開日】2016年2月3日
【申請(qǐng)日】2015年11月30日