一种振动能量采集器制造技术

本发明专利技术公开了一种振动能量采集器，包括支架，支架上方设有盖板，支架下方设有底板，所述支架内设有至少3个均匀分布的折叠压电梁，折叠压电梁的折弯部之间设有间距，折叠压电梁的两端为固定端和悬臂端，折叠压电梁的固定端固定在支架上，折叠压电梁的悬臂端延伸至支架的中部，折叠压电梁的悬臂端围成的空间内设有球体，折叠压电梁的悬臂端之间设有间距，球体与折叠压电梁的悬臂端设有间距。本发明专利技术使有质量的球体周围分布压电折叠梁，当球体在外界振动激励作用下运动给周围的压电折叠梁施加作用力使其变形产生应力，这样由于压电效应在折叠压电梁两侧产生压电电荷，通过压电折叠梁两侧的电极由电源管理电路收集，实现了对振动能量的收集，且采集效率更高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及能量采集器的
，具体涉及一种振动能量采集器，可以对各个方向的振动激励加以响应，实现能量的采集，将环境中的振动能转换成电能，可以提高能量采集的效率。
技术介绍
随着石化能源的逐步消耗，能源问题逐渐受到全世界的关注。而自然界赋予我们各种形式的能量，目前大部分能量没有被利用起来。比如，通过光电转换形式将太阳光能转换成电能，通过热电效应将余热转换为电能，通过生物化学反应的能量采集，通过部件运动将环境中的振动能转换成电能。振动能量采集可以应用到各个领域，许多有振动的物体，比如汽车、火车、桥梁以及楼宇都有一定频率的振动来源，而人的日常行走也有一定的振动来源。这些振动来源都蕴含有丰富的能量，如果能将这些能量合理的收集起来，可以供电子器件使用。目前研究中用于振动能量采集的主要方式有压电式、电磁式和静电式，压电式能量采集器主要特点是输出电压高、压电梁通常需要工作与频率较高的范围；而电磁式能量采集器的特点是其输出电流较大、电压较小。通常研究的能量采集器是对某一方向的振动激励进行响应而进行能量采集，而且其需要的工作频率比较高，在较低的频率范围，比如人体运动的频率只有10Hz以下，则不能有效的进行振动能量的采集。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种振动能量采集器，可以响应多个方向的振动，对平面内各方向的振动激励进行响应，尤其是对多方向的低频振动进行响应，可以有效的将振动能量转换成电能。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是：一种振动能量采集器，包括支架，支架上方设有盖板，支架下方设有底板，所述支架内设有至少3个折叠压电梁，折叠压电梁的两侧面设有电极，折叠压电梁的折弯部之间设有间距，折叠压电梁的两端为固定端和悬臂端，折叠压电梁的固定端固定在支架上，折叠压电梁的悬臂端延伸至支架的中部，折叠压电梁的悬臂端围成的空间内设有球体，折叠压电梁的悬臂端之间设有间距，球体与折叠压电梁的悬臂端设有间距。所述折叠压电梁的悬臂端均固定设有挡块，挡块围成的中心设有球体，球体与挡块之间设有间距，挡块之间设有间距。所述挡块为圆弧形的挡块，挡块的内凹侧与球体相对。所述盖板和底板的内表面上设有螺旋线圈，螺旋线圈两端设有引出线，球体为磁化的球体；所述球体呈半径方向磁化，球体的中心为一个磁极，球体外侧的磁极与球体中心的磁性相同。所述挡块为磁铁块，挡块靠近球体外侧的磁极与球体外侧的磁极相反。所述支架是呈圆柱筒形的支架，折叠压电梁的数量设有4个，折叠压电梁沿支架圆周均匀分布，4个折叠压电梁在同一个平面上、且该平面与螺旋线圈平行。所述折叠压电梁的横截面从悬臂端到固定端逐渐减小。所述的折叠压电梁通过可调节连接方式与支架相连接。所述球体位于支架的中心，所述螺旋线圈设置在盖板和底板的中心。所述盖板和底板上设有若干个螺旋线圈，每个折叠压电梁悬臂端的上方和下方均设有螺旋线圈；所述盖板和底板上的螺旋线圈上设有覆盖层，覆盖层厚度比螺旋线圈的厚度大，覆盖层由绝缘材料构成。所述球体和挡块采用钕铁硼制成，折叠压电梁采用压电系数大的PZT或PVDF制成。本专利技术的有益效果：在质量球体周围分布压电折叠梁，当球体在外界振动激励作用下运动（以滚动为主，滚动的摩擦力更小）给周围的压电折叠梁施加作用力使其变形产生应力，这样由于压电效应在折叠压电梁两侧产生压电电荷，通过压电折叠梁两侧的电极由电源管理电路收集；进一步，考虑采用磁性球体，同时在底板和盖板上设置感应线圈，这样当磁性的球体运动时，一方面可以对压电折叠梁施加作用力，另一方面由于磁性球的运动其磁场也发生变化，这样在上下感应线圈内由于磁通量变化而产生感应电动势，可以同时利用压电效应和电磁效应进行振动能量采集，采集效率更高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例3的爆炸图1的结构示意图。图2为本专利技术实施例3的爆炸图2的结构示意图。图3为本专利技术实施例3去掉盖板的结构示意图。图4为本专利技术实施例3的外部结构示意图。其中，1为支架，2为盖板，3为底板，4为螺旋线圈，5为折叠压电梁，6为挡块，7为球体。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1一种振动能量采集器，包括支架，支架上方设有盖板，支架下方设有底板，支架内设有至少3个折叠压电梁。折叠压电梁内设有压电片，折叠压电梁的两侧面设有不同极性的电极，电极与电源管理电路相连接。折叠压电梁的折弯部之间设有间距，该间距可以使折叠压电梁产生压电效应。折叠压电梁的两端为固定端和悬臂端，折叠压电梁的固定端固定在支架上，折叠压电梁的悬臂端延伸至支架的中部。折叠压电梁的悬臂端围成的空间内设有球体，折叠压电梁的悬臂端之间设有间距，避免折叠压电梁振动过程中相互影响。球体与折叠压电梁的悬臂端设有间距，使球体在折叠压电梁围成的空间内充分滚动，滚动的摩擦力更小。球体设置在盖板和底板之间，球体与盖板、底板之间需要设置一个小的间隙，避免其脱离折叠压电梁所围成的空间平面。优选地，支架内的至少3个折叠压电梁可以是均匀分布的，方便每个折叠压电梁均匀接收球体滚动中的作用力。优选地，折叠压电梁的悬臂端均固定设有挡块，挡块围成的中心设有球体，球体与挡块之间设有间距，挡块之间设有间距。挡块的设置防止球体脱离折叠压电梁的悬臂端围成的活动区域，同时方便折叠压电梁收集球体滚动中的动力。进一步地，挡块为圆弧形的挡块，挡块的内凹侧与球体相对。采用内侧面呈弧面的挡块，给球体的反作用力有利于球体返回到支架的中心位置，而且球体被反弹回的轨迹尽量通过支架的中心，而不至于使球体在支架中央附近无规则运动，提高了球体动能向折叠压电梁电能的转换效率。本专利技术在有质量的球体周围分布压电折叠梁，当球体在外界振动激励作用下滚动时给周围的压电折叠梁施加作用力使其变形产生应力，这样由于压电效应在折叠压电梁两侧产生压电电荷，通过压电折叠梁两侧的电极由电源管理电路收集。本专利技术实现了只利用压电折叠梁和球体，球体运动时使压电梁振动产生压电电荷，从而进行能量采集。实施例2一种振动能量采集器，包括支架1，支架1上方设有盖板2，支架1下方设有底板3。所述支架1内设有至少3个均匀分布的折叠压电梁5，折叠压电梁5的折弯部之间设有间距，折叠压电梁5的两端为固定端和悬臂端，折叠压电梁5的固定端固定在支架上，折叠压电梁5的悬臂端延伸至支架的中部，折叠压电梁5的悬臂端围成的空间内设有球体，折叠压电梁5的悬臂端之间设有间距，球体7与折叠压电梁5的悬臂端设有间距。折叠压电梁5呈均匀分布设置，一方面可以提高对球体7的运动能量进行转换，另一方面使各个折叠压电梁5得到电能接近一致。折叠压电梁5的悬臂端均固定有挡块6，挡块6围成的中心设有球体7；球体7与挡块6之间设有间距，挡块6之间设有间距。球体7与挡块6之间设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种振动能量采集器，包括支架（1），支架（1）上方设有盖板（2），支架（1）下方设有底板（3），其特征在于：所述支架（1）内设有至少3个折叠压电梁（5），折叠压电梁（5）的两侧面设有电极，折叠压电梁（5）的折弯部之间设有间距，折叠压电梁（5）的两端为固定端和悬臂端，折叠压电梁（5）的固定端固定在支架（1）上，折叠压电梁（5）的悬臂端延伸至支架（1）的中部，折叠压电梁（5）的悬臂端围成的空间内设有球体（7），折叠压电梁（5）的悬臂端之间设有间距，球体（7）与折叠压电梁（5）的悬臂端设有间距。

【技术特征摘要】
1.一种振动能量采集器，包括支架（1），支架（1）上方设有盖板（2），支架（1）下方设有底板（3），其特征在于：所述支架（1）内设有至少3个折叠压电梁（5），折叠压电梁（5）的两侧面设有电极，折叠压电梁（5）的折弯部之间设有间距，折叠压电梁（5）的两端为固定端和悬臂端，折叠压电梁（5）的固定端固定在支架（1）上，折叠压电梁（5）的悬臂端延伸至支架（1）的中部，折叠压电梁（5）的悬臂端围成的空间内设有球体（7），折叠压电梁（5）的悬臂端之间设有间距，球体（7）与折叠压电梁（5）的悬臂端设有间距。2.根据权利要求1所述的振动能量采集器，其特征在于，所述折叠压电梁（5）的悬臂端均固定设有挡块（6），挡块（6）围成的中心设有球体（7），球体（7）与挡块（6）之间设有间距，挡块（6）之间设有间距。3.根据权利要求2所述的振动能量采集器，其特征在于，所述挡块（6）为圆弧形的挡块，挡块（6）的内凹侧与球体（7）相对。4.根据权利要求1或3所述的振动能量采集器，其特征在于，所述盖板（2）和底板（3）的内表面上设有螺旋线圈（4），螺旋线圈（4）两端设有引出线，球体（7）为磁化的球体；所述球体（7）呈半径方向磁化，球体（7）的中心为一个磁极，球体...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏宇锋，张坤，段智勇，郭丹，叶志通，秦立振，张振宇，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41