自调谐压电能量收集装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种自调谐压电能量收集装置，包括：压电元件、柔性罩壳、矩形滑块、质量块、槽型悬臂梁以及矩形立柱；矩形立柱一端安装槽型悬臂梁一端，槽型悬臂梁另一端安装质量块；槽型悬臂梁上安装压电元件和柔性罩壳；柔性罩壳内安装矩形滑块；当自调谐压电能量收集装置处于非机械谐振状态，矩形滑块在柔性罩壳内往返移动；当自调谐压电能量收集装置处于机械谐振状态，矩形滑块相对柔性罩壳静止。本装置利用槽型悬臂梁结合矩形滑块的结构设计可以实现简单自主的改变压电能量收集装置的固有频率，压电能量收集装置与外界激励频率的自动匹配，有效的拓宽了压电能量收集装置的工作带宽并提高了压电能量收集装置的工作效率。带宽并提高了压电能量收集装置的工作效率。带宽并提高了压电能量收集装置的工作效率。

【技术实现步骤摘要】
自调谐压电能量收集装置


[0001]本专利技术涉及振动能量收集领域，具体地，涉及自调谐压电能量收集装置。

技术介绍

[0002]随着微机电技术的快速发展，以传感器为代表的微型电子元器件的能耗水平大幅下降。人类社会已步入信息化时代，传感器件在日常生活中的使用逐渐普及，传感器网络布局的规模也越来越大。传感器网络的主要供能方式是采用化学原电池提供能量，然而受限于化学原电池的应用场合以及电量有限却难以及时更换等限制，能量供给成为传感器应用中的瓶颈，同时也制约了信息化时代的进程。考虑到传感器件的应用场合都存在不同程度的环境振动，因此通过振动能量收集装置俘获这些广泛存在的振动能量并实现为以传感器为代表的微型电子元器件供能具有非常重要的意义。
[0003]利用压电材料的正压电效应将环境中的振动能量转换为电能的压电能量收集装置具有结构简单，易于加工和集成化等优点受到广泛关注。常见的压电能量收集装置的主体结构为悬臂梁结合质量块的线性结构，这类压电能量收集装置的工作效率或输出功率与装置的共振频率有关，当能量收集装置的共振频率与外界激励频率一致时，能量收集装置处于机械共振状态时可以实现高效率的能量转换，当外界激励频率偏离能量收集装置的共振频率时，能量收集装置的工作效率将会大幅下降。目前有两类常见方法可以有效拓宽压电能量收集装置的工作带宽并提高装置的工作效率。
[0004]第一类是通过宽频带响应设计，例如多模态阵列等方法拓宽压电振动能量收集装置的响应带宽。如专利CN110071661A公开了一种具有低频及宽频带多模态阵列式能量收集装置，通过多个具有不同共振频率的L型压电悬臂梁组成的悬臂梁阵列构成多模态压电能量收集装置，实现宽频带振动能量收集。然而这类通过宽频带响应设计的压电能量收集装置的结构不够紧凑，在工作过程中只有少数压电振子可以高效工作，降低了装置整体的输出功率。
[0005]第二类是设计可调共振频率的压电振动能量收集装置，如专利CN 203859705 U公开了一种固有频率可调型压电振动能量收集装置，通过悬臂梁上固接的微型电机来调整质量块在悬臂梁上的相对位置实现对所设计能量收集装置的固有频率调节。然而这类可调共振频率的压电振动能量收集装置通过被动控制或改变质量块的位置来调节装置的共振频率，一方面引入外部控制机构产生了新的能量消耗，另一方面无法自动匹配外界激励频率，实时保持机械谐振状态。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种自调谐压电能量收集装置。
[0007]根据本专利技术提供的一种自调谐压电能量收集装置，包括：压电元件、柔性罩壳、矩形滑块、质量块、槽型悬臂梁以及矩形立柱；
[0008]所述矩形立柱一端安装所述槽型悬臂梁一端，所述槽型悬臂梁另一端安装所述质
量块；
[0009]所述槽型悬臂梁上安装所述压电元件和所述柔性罩壳；
[0010]所述柔性罩壳内安装所述矩形滑块；
[0011]当所述自调谐压电能量收集装置处于非机械谐振状态，所述矩形滑块在所述柔性罩壳内往返移动；
[0012]当所述自调谐压电能量收集装置处于机械谐振状态，所述矩形滑块相对所述柔性罩壳静止。
[0013]优选地，所述槽型悬臂梁上设置多个凹槽；
[0014]所述柔性罩壳安装在多个所述凹槽上，所述柔性罩壳与所述槽型悬臂梁形成密封腔体。
[0015]优选地，所述矩形滑块安装在所述密封腔体中；
[0016]所述矩形滑块允许在多个所述凹槽处移动。
[0017]优选地，所述矩形立柱另一端安装在固定底座上；
[0018]所述矩形立柱安装所述槽型悬臂梁一端安装固定块，所述槽型悬臂梁通过所述固定块固定安装在所述矩形立柱上。
[0019]优选地，所述压电元件安装在靠近所述矩形立柱一端；
[0020]所述压电元件粘贴在所述槽型悬臂梁两侧。
[0021]优选地，所述压电元件和所述质量块之间安装所述柔性罩壳。
[0022]优选地，所述柔性罩壳背离所述凹槽一侧距所述凹槽底部距离小于所述矩形滑块高度并大于所述矩形滑块高度的一半。
[0023]优选地，所述压电元件材料包括压电陶瓷或柔性压电元件聚偏氟乙烯。
[0024]优选地，所述柔性罩壳和所述槽型悬臂梁具有弹性。
[0025]优选地，当所述自调谐压电能量收集装置受到外界激励时，所述自调谐压电能量收集装置共振频率通过所述矩形滑块沿所述密封腔体往返运动迫近所述外界激励频率。
[0026]优选地，所述槽型悬臂梁具有耐磨性。
[0027]优选地，所述柔性罩壳材质包括天然橡胶。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0029]1、本装置属于宽频压电能量收集装置，利用槽型悬臂梁结合矩形滑块的结构设计可以实现简单自主的改变压电能量收集装置的固有频率，压电能量收集装置与外界激励频率的自动匹配，有效的拓宽了压电能量收集装置的工作带宽并提高了压电能量收集装置的工作效率；
[0030]2、本装置解决了现有可调共振频率的压电振动能量收集装置采用被动控制的方法改变自身固有频率所造成的引入外部控制机构产生的能量消耗以及无法自动匹配外界激励频率，实时保持机械谐振状态等缺陷，更适用于外界激励频率变化的振动能量收集；
[0031]3、本装置结构紧凑，实用性强，可以广泛应用于机械结构，建筑结构等的振动能量收集，通过对外界振动能量的收集，可实现不消耗任何化石能源为低功耗器件供能，是一种环境友好型能量收集装置。
附图说明
[0032]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0033]图1为自调谐压电能量收集装置立体结构示意图；
[0034]图2为槽型悬臂梁结构示意图；
[0035]图3为自调谐压电能量收集装置剖视图；
[0036]图中所示：
[0037][0038]具体实施方式
[0039]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。
[0040]实施例1
[0041]如图1所示，一种自调谐压电能量收集装置，包括：压电元件2、柔性罩壳3、矩形滑块4、质量块5、槽型悬臂梁6以及矩形立柱7；矩形立柱7一端安装槽型悬臂梁6一端，矩形立柱7另一端安装在固定底座8上，矩形立柱7安装槽型悬臂梁6一端安装固定块1，槽型悬臂梁6通过固定块1固定安装在矩形立柱7上。槽型悬臂梁6另一端安装质量块5，槽型悬臂梁6上安装压电元件2和柔性罩壳3，压电元件2安装在靠近矩形立柱7一端，压电元件2粘贴在槽型悬臂梁6两侧。压电元件2和质量块5之间安装柔性罩壳3，柔性罩壳3内安装矩形滑块4。当自调谐压电能量收集装置处于非机械谐振状态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自调谐压电能量收集装置，其特征在于，包括：压电元件(2)、柔性罩壳(3)、矩形滑块(4)、质量块(5)、槽型悬臂梁(6)以及矩形立柱(7)；所述矩形立柱(7)一端安装所述槽型悬臂梁(6)一端，所述槽型悬臂梁(6)另一端安装所述质量块(5)；所述槽型悬臂梁(6)上安装所述压电元件(2)和所述柔性罩壳(3)；所述柔性罩壳(3)内安装所述矩形滑块(4)；当所述自调谐压电能量收集装置处于非机械谐振状态，所述矩形滑块(4)在所述柔性罩壳(3)内往返移动；当所述自调谐压电能量收集装置处于机械谐振状态，所述矩形滑块(4)相对所述柔性罩壳(3)静止。2.根据权利要求1所述自调谐压电能量收集装置，其特征在于：所述槽型悬臂梁(6)上设置多个凹槽；所述柔性罩壳(3)安装在多个所述凹槽上，所述柔性罩壳(3)与所述槽型悬臂梁(6)形成密封腔体。3.根据权利要求2所述自调谐压电能量收集装置，其特征在于：所述矩形滑块(4)安装在所述密封腔体中；所述矩形滑块(4)允许在多个所述凹槽处移动。4.根据权利要求1所述自调谐压电能量收集装置，其特征在于：所述矩形立柱(7)另一端安装在固定底座(8)上；所述矩形立柱(7)安装所...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭婷，王哲敏，李天润，张珺怡，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：