用于制作振动能量采集器的弹性梁及振动能量采集器制造技术

一种用于制作振动能量采集器的弹性梁，其创新在于：所述弹性梁为筒状螺旋结构体；所述筒状螺旋结构体为直筒或锥筒；所述筒状螺旋结构体展平后为平面带状结构；所述弹性梁采用弹性材料制作。本发明专利技术的有益技术效果是：提出了一种新结构的弹性梁，相比于现有的弹性结构，这种弹性梁对振动方向和振动频率点的适应性更广，由此获得的振动能量采集器具备更好的能量采集效率。

【技术实现步骤摘要】
用于制作振动能量采集器的弹性梁及振动能量采集器
本专利技术涉及一种振动能量采集器，尤其涉及一种用于制作振动能量采集器的弹性梁及振动能量采集器。
技术介绍
随着无线传感器技术的发展，为无线传感器供能的技术也成为了研究热点，振动能量采集器就是其中的典型；现有的振动能量采集器，其组成部分按功能划分一般可分为振动感应部和电输出部两个主要部分，振动感应部的主要作用是对振动能量进行采集（或感应）并将振动能传递给电输出部，振动感应部的性能直接决定了振动能量采集器的能量采集效率；第201310530588.7号中国专利申请公开了一种多方向宽频带能量采集器，相比于其他结构的能量采集器，这种能量采集器的结构相对简单，仅由弹性梁和质量块就构成了振动感应部；前述专利申请是本专利技术的专利技术人早期的研究成果，随着研究的深入，专利技术人发现前述方案还存在一些缺陷，尤其是其弹性梁的性能还不够理想：其弹性梁（即前述专利申请中的“弹性连接梁”）为一细长的杆状结构，这种结构的弹性梁虽然能够对杆的周向上的振动进行响应，但却无法对杆的轴向上的振动进行响应，并且为了保证振动效率，杆的直径比较小，导致杆的周向面上可利用的空间十分狭小，无法粘贴尺寸较大的压电薄膜，并且由于杆的直径较小，卷裹在杆上的压电薄膜的形变量十分有限，不利于电输出；另外，现有技术中有的弹性梁直接采用弹簧，采用弹簧时，弹簧的外周面几乎没有可以供压电薄膜粘贴的空间，并且弹簧的轴向与水平方向平行时，若弹簧刚度不够，弹簧将会在重力作用下向下弯曲，容易与其他结构发生干涉或碰撞，若弹簧刚度较大，又会对弹簧的振动幅度造成负面影响。
技术实现思路
针对
技术介绍
中的问题，本专利技术提出一种用于制作振动能量采集器的弹性梁，其创新在于：所述弹性梁为筒状螺旋结构体；所述筒状螺旋结构体为直筒或锥筒；所述筒状螺旋结构体展平后为平面带状结构；所述弹性梁采用弹性材料制作。本专利技术的原理是：形成本专利技术弹性梁的筒状螺旋结构体与弹簧结构十分相似，但其上的实心部分的外周面宽度却远大于普通弹簧，从振动性能来看，这种结构的弹性梁除了可以对周向振动进行拾取外，还能对轴向振动进行响应，相比于杆状结构的弹性梁，本专利技术对振动方向的适应性更广；并且由于该结构的弹性梁具有多模态振动的特点，因此能够响应多个频率点的振动，将其制作为振动能量采集器后，就可以使振动能量采集器具备更高的能量采集效率；相比于弹簧结构的弹性梁，本专利技术的弹性梁的周向面上可利用的空间更大，其与压电薄膜结合时，可供较大尺寸的压电薄膜粘贴，并且也更利于压电薄膜发生形变，提高振动能量采集器的电输出。优选地，所述平面带状结构轴向上各个位置处的宽度相同。采用这种结构的弹性材料所制作出的筒状螺旋结构体，其周向面上不同位置处的实心部分宽度相同，便于加工制作。优选地，所述平面带状结构为变宽度结构，平面带状结构的宽度沿其轴向单向变化。采用这种结构的弹性材料所制作出的筒状螺旋结构体，其周向面上不同位置处的实心部分宽度按螺旋方向逐渐递减，其中，宽度较宽的一端用于约束固定，宽度较窄的一端作为自由端，这种结构的筒状螺旋结构体的振动效果更好。一种采用前述弹性梁的振动能量采集器，其创新在于：所述振动能量采集器由基座、弹性梁、配重块和多片压电薄膜组成；所述弹性梁为筒状螺旋结构体；所述筒状螺旋结构体为直筒或锥筒；所述筒状螺旋结构体展平后为直带状结构，直带状结构轴向上各个位置处的宽度相同；所述弹性梁采用弹性材料制作；所述基座上设置有与弹性梁内径匹配的凸台，弹性梁内端套接在凸台外；所述配重块为与弹性梁内径匹配的圆柱形结构体，弹性梁外端套接在配重块外；所述多片压电薄膜或者粘贴在弹性梁的外周面上，或者粘贴在弹性梁的内周面上，或者多片压电薄膜同时粘贴在弹性梁的外周面和内周面上。此振动能量采集器的工作原理是：当外部振动激励作用到基座上时，弹性梁也随之振动，弹性梁外端的配重块在惯性的作用下，与基座发生相对位移，从而增强弹性梁的振动幅度，振动过程中，弹性梁上的各个位置均会发生弹性形变，粘贴在弹性梁上的压电薄膜也随之变形，从而产生电输出；优选地，所述配重块采用永磁体材料制作；所述配重块的外侧设置有永磁体，所述永磁体与配重块的端面相对，永磁体和配重块之间留有间隙。振动时，永磁体和基座之间无相对位移，在静止状态下，由于同性相斥或者异性相吸，弹性梁处于蓄能状态，这就大大地增加了弹性梁的灵活性，即使十分微小的振动也能打破平衡，使弹性梁有效地振动起来。基于前述弹性梁，本专利技术还提出了如下结构的振动能量采集器，其创新在于：所述振动能量采集器由基座、弹性梁、永磁体二、永磁体三和磁致伸缩压电层合磁电换能器组成；所述弹性梁为筒状螺旋结构体；所述筒状螺旋结构体为直筒或锥筒；所述筒状螺旋结构体展平后为直带状结构，直带状结构轴向上各个位置处的宽度相同；所述弹性梁采用弹性材料制作；所述基座上设置有与弹性梁内径匹配的凸台，弹性梁内端套接在凸台外；所述永磁体二为与弹性梁内径匹配的圆柱形结构体，弹性梁外端套接在永磁体二外；所述永磁体三设置于永磁体二的外侧，永磁体三与永磁体二端面相对，永磁体三和永磁体二的相对面极性相反；所述磁致伸缩压电层合磁电换能器的外端与永磁体三的内端面连接，磁致伸缩压电层合磁电换能器位于永磁体二和永磁体三之间，磁致伸缩压电层合磁电换能器内端与永磁体二之间留有间隙。此方案与前述的压电薄膜方案不同在于电输出方式，在此方案中，磁致伸缩压电层合磁电换能器位于永磁体三和永磁体二所构成的闭合磁路中，弹性梁振动时，永磁体三与基座之间无相对位移，永磁体二除了用于形成闭合磁路外还起到了增强振幅的作用，当永磁体二在弹性梁的带动下发生位移时，就会引起磁致伸缩压电层合磁电换能器周围磁场变化，从而形成电输出；基于前述弹性梁，本专利技术还提出了如下结构的振动能量采集器，其创新在于：所述振动能量采集器由基座、弹性梁、永磁体四和感应线圈组成；所述弹性梁为筒状螺旋结构体；所述筒状螺旋结构体为直筒或锥筒；所述筒状螺旋结构体展平后为直带状结构，直带状结构轴向上各个位置处的宽度相同；所述弹性梁采用弹性材料制作；所述基座上设置有与弹性梁内径匹配的凸台，弹性梁内端套接在凸台外；所述永磁体四为与弹性梁内径匹配的圆柱形结构体，弹性梁外端套接在永磁体四外；所述感应线圈设置于永磁体四的外侧，感应线圈和永磁体四之间留有间隙。此方案的电输出原理是：振动时，基座与感应线圈之间无相对位移，当永磁体四在弹性梁的传动作用下发生往复振动时，相当于感应线圈在切割磁力线，根据法拉第电磁感应原理，感应线圈就会产生电输出。本专利技术的有益技术效果是：提出了一种新结构的弹性梁，相比于现有的弹性结构，这种弹性梁对振动方向和振动频率点的适应性更广，由此获得的振动能量采集器具备更好的能量采集效率。附图说明图1、采用等宽度平面带状结构时的弹性梁结构示意图；图2、采用变宽度平面带状结构时的弹性梁结构示意图；图3、采用压电薄膜时的振动能量采集器结构示意图；图4、图3方案加装了永磁体后的结构示意图；图5、采用磁致伸缩压电层合磁电换能器时的振动能量采集器结构示意图；图6、采用电磁感应线圈时的振动能量采集器结构示意图；图中各个标记所对应的名称分别为：基座1、弹性梁2、配重块3、压电薄膜4、永磁体5、永磁体二6、永磁体三7、磁致伸缩压电层合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制作振动能量采集器的弹性梁，其特征在于：所述弹性梁（2）为筒状螺旋结构体；所述筒状螺旋结构体为直筒或锥筒；所述筒状螺旋结构体展平后为平面带状结构；所述弹性梁（2）采用弹性材料制作。

【技术特征摘要】
1.一种振动能量采集器，其特征在于：所述振动能量采集器由基座（1）、弹性梁（2）、配重块（3）和多片压电薄膜（4）组成；所述弹性梁（2）为筒状螺旋结构体；所述筒状螺旋结构体为直筒或锥筒；所述筒状螺旋结构体展平后为直带状结构，直带状结构轴向上各个位置处的宽度相同；所述弹性梁（2）采用弹性材料制作；所述基座（1）上设置有与弹性梁（2）内径匹配的凸台，弹性梁（2）内端套接在凸台外；所述配重块（3）为与弹性梁（2）内径匹配的圆柱形结构体，弹性梁（2）外端套接在配重块（3）外；所述多片压电薄膜（4）或者粘贴在弹性梁（2）的外周面上，或者粘贴在弹性梁（2）的内周面上，或者多片压电薄膜（4）同时粘贴在弹性梁（2）的外周面和内周面上。2.根据权利要求1所述的振动能量采集器，其特征在于：所述配重块（3）采用永磁体材料制作；所述配重块（3）的外侧设置有永磁体（5），所述永磁体（5）与配重块（3）的端面相对，永磁体（5）和配重块（3）之间留有间隙。3.一种振动能量采集器，其特征在于：所述振动能量采集器由基座（1）、弹性梁（2）、永磁体二（6）、永磁体三（7）和磁致伸缩压电层合磁电换能器（8）组成；所述弹性梁（2）为筒状螺旋结构体；所述筒状螺旋结构体为直筒或锥筒；所述筒状螺旋结构体展平后为直带状结构，直带状结构轴向上各个位置处的宽度相同...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵念，杨进，林志明，赵江信，林志伟，文玉梅，李平，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85