多方向宽频带能量采集器制造技术

一种多方向宽频带能量采集器，其结构为：所述能量采集器由支架和设置于支架上的电输出部组成；所述支架由固定座、弹性连接梁和质量块组成；弹性连接梁一端与固定座固定连接，弹性连接梁另一端与质量块连接；所述弹性连接梁横截面为圆形；以支架为基础，可搭配多种电输出部，从而获得振动感应原理相似的多种能量采集器；本发明专利技术的有益技术效果是：提出了一种新思路的振动能量采集装置，该装置对振动的方向适应性很好，并且具备宽频特性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种多方向宽频带能量采集器，其结构为：所述能量采集器由支架和设置于支架上的电输出部组成；所述支架由固定座、弹性连接梁和质量块组成；弹性连接梁一端与固定座固定连接，弹性连接梁另一端与质量块连接；所述弹性连接梁横截面为圆形；以支架为基础，可搭配多种电输出部，从而获得振动感应原理相似的多种能量采集器；本专利技术的有益技术效果是：提出了一种新思路的振动能量采集装置，该装置对振动的方向适应性很好，并且具备宽频特性。【专利说明】多方向宽频带能量采集器
本专利技术涉及一种能量采集装置，尤其涉及一种多方向宽频带能量采集器。
技术介绍
当前，无线传感节点供电的主要来源仍然是电池，但由于其使用寿命、尺寸、以及高的维护和更换费用，实际应用中并不是最理想的选择，为此，人们极其渴望为微型器件研究新的能量源以代替电池。能量采集器是一种能够采集环境能量并将其转换为电能的新型电源，正受到越来越广泛的重视。由于环境中的振动能量无处不在，振动能量采集器成为可自我维持电源研究中的一大热点。1996年Williams和Yates第一次提出振动能量采集中振动能转化为电能的通用模型，随后该模型由El-Hami和Williams进行了完善和发展，目前，将振动能量转换为电能的工作方式主要有三种:电磁式、静电式和压电式。在此基础上，研究者相继设计了许多振动能量采集器，如:电磁式能量采集装置(中国专利技术专利CN1877973A、CN101075773A、CN1652440A、CN1604436A、CN101110545A、CN1603155A 等)，静电式能量采集装置(中国专利技术专利CN1547312A、美国专利US7112911B2)，压电式能量采集装置(中国专利技术专利CN2834010Y、CN201054553Y、CN101017989A、美国专利 US7345407B2)。但以上各类方式的振动能量采集器均只能响应一个方向的振动能量，当环境振动的方向随着时间改变时，其他方向的振动能量几乎不能被这些传统的采集装置收集，这样采集装置的采集效率和功率密度较低。
技术实现思路
针对
技术介绍
中的问题，本专利技术提出了一种多方向宽频带能量采集器，其结构为:所述能量采集器由支架和设置于支架上的电输出部组成；所述支架由固定座、弹性连接梁和质量块组成；弹性连接梁一端与固定座固定连接，弹性连接梁另一端与质量块连接；所述弹性连接梁横截面为圆形； 所述电输出部采用如下三种并列可选方案: 方案一:所述电输出部采用压电薄膜，压电薄膜裹覆在弹性连接梁表面； 方案二:所述电输出部采用第一磁铁和感应线圈，第一磁铁与质量块外端面连接，感应线圈与第一磁铁间隔一定距离设置，且感应线圈的位置与固定座相对静止；方案三:所述电输出部采用两块电极，第一电极与质量块外端面连接，第二电极与第一电极间隔一定距离设置，且第二电极的位置与固定座相对静止，两块电极的极性面相对。本专利技术的原理是:当外部振动激励作用到支架上后，弹性连接梁随之发生弹性振动，质量块对振动具有增幅作用；当采用方案一的电输出部时，压电薄膜会随着弹性连接梁发生形变，从而产生电输出；当电输出部采用方案二时，第一磁铁会随着弹性连接梁的振动而往复运动，相当于用感应线圈往复切割第一磁铁的磁力线，从而在感应线圈上产生交流输出；当采用方案三与前述支架结合时，第一电极实质上形成了一动电极，第二极电极实质上形成了一静电极，基于现有的MEMS技术(如CN1547312A)，随着弹性连接梁的振动，同样可以获得电输出；方案三的换能方式也叫静电换能。另外，与现有技术相比，本专利技术还有一个显著特点，即弹性连接梁横截面为圆形；弹性连接梁在本专利技术中起感应外部振动的作用，我们暂且将其定义为弹性件，现有的振动能量采集装置中一般都存在起相似功能的弹性件，为了增加能量采集器的受能方向，本领域技术人员设计了各种横截面的弹性件，但其受能方向都相当有限；而采用本专利技术方案后，即将弹性连接梁的横截面设置为圆形后，弹性连接梁可以在其横截面上任意角度的径向位置处进行振动，大大扩展了弹性连接梁对振动方向的适应性，并且随着方向的扩展，弹性连接梁还能对不同方向上的振动同时进行感应，从而使振动非线性化，基于现有的振动理论，这种非线性化的振动最终可以使装置获得宽频特性；除此之外，相比于现有的各种非圆形横截面的弹性件，圆形结构更易加工。在前述方案一的基础上，为了增加弹性连接梁对外部振动激励的敏感性，本专利技术还作了如下改进:所述方案一中，还设置有第二磁铁和第三磁铁；第二磁铁与质量块外端面连接，第三磁铁与第二磁铁间隔一定距离设置，第三磁铁的位置与固定座相对静止，第二磁铁和第三磁铁同极相对。其原理是:由于第二磁铁和第三磁铁同极相对，第二磁铁和第三磁铁之间存在斥力，并且由于第三磁铁的位置相对固定，故装置静止时，弹性连接梁在第二磁铁所受斥力的作用下处于蓄能状态，当装置感应到外部振动后，弹性连接梁与各种外部作用力之间的平衡更容易被打破，即使很小的振动也能触发弹性连接梁发生振动，从而提高装置的敏感性；同理，这种通过磁铁斥力提高装置敏感性的方案也可应用于方案二中，具体方案为:所述方案二中，还设置有第四磁铁；第四磁铁设置于感应线圈外侧，且第四磁铁和感应线圈之间留有间隙，第四磁铁和第一磁铁同极相对，第四磁铁的位置与固定座相对静止。在前述方案三的基础上，专利技术人还对电极提出了如下优选方案:所述方案三中，电极形状为环形电极或条形电极。针对方案一中的压电薄膜，如果采用整块压电薄膜将弹性连接梁包裹，虽然也能实现本专利技术方案，但由于压电薄膜的形变延展量毕竟有限，这就相当于对弹性连接梁的形变量也施加了限制，对弹性连接梁的振动存在负面作用，为了克服此问题，本专利技术还作了如下改进:所述方案一中，压电薄膜为多块，多块压电薄膜沿弹性连接梁轴向分布，单块压电薄膜将对应位置处的弹性连接梁周向表面覆盖。采用多块压电薄膜后，由于相邻压电薄膜之间存在间隙，从弹性连接梁全长来看，在振动时弹性连接梁可以获得更大的弯曲幅度范围，而不必受限于压电薄膜的形变延展量，从而提高装置效率。本专利技术的有益技术效果是:提出了一种新思路的振动能量采集装置，该装置对振动的方向性适应性很好，并且具备宽频特性。【专利附图】【附图说明】图1、方案一结构示意图一(图中所示结构即为加装了第二磁铁和第三磁铁以及采用多块压电薄膜时的结构)； 图2、方案一结构示意图二 (本图与图1不同之处在于压电薄膜为整块)； 图3、方案二结构示意图； 图4、方案三结构示意图一(图中所示电极即为条形电极)； 图5、方案三结构示意图二(图中所示电极即为环形电极)。【具体实施方式】一种多方向宽频带能量采集器，其结构为:所述能量采集器由支架和设置于支架上的电输出部组成；所述支架由固定座1、弹性连接梁2和质量块3组成；弹性连接梁2 —端与固定座I固定连接，弹性连接梁2另一端与质量块3连接；所述弹性连接梁2横截面为圆形； 所述电输出部采用如下三种并列可选方案: 方案一:所述电输出部采用压电薄膜4，压电薄膜4裹覆在弹性连接梁2表面； 方案二:所述电输出部米用第一磁铁5和感应线圈6,第一磁铁5与质量块3外端面连接，感应线圈6与第一磁铁5间隔一定距离设置，且感应线圈6的位置与固定座I相对静止;本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多方向宽频带能量采集器，其特征在于：所述能量采集器由支架和设置于支架上的电输出部组成；所述支架由固定座（1）、弹性连接梁（2）和质量块（3）组成；弹性连接梁（2）一端与固定座（1）固定连接，弹性连接梁（2）另一端与质量块（3）连接；所述弹性连接梁（2）横截面为圆形；所述电输出部采用如下三种并列可选方案：方案一：所述电输出部采用压电薄膜（4），压电薄膜（4）裹覆在弹性连接梁（2）表面；方案二：所述电输出部采用第一磁铁（5）和感应线圈（6），第一磁铁（5）与质量块（3）外端面连接，感应线圈（6）与第一磁铁（5）间隔一定距离设置，且感应线圈（6）的位置与固定座（1）相对静止；方案三：所述电输出部采用两块电极（7），第一电极（7）与质量块（3）外端面连接，第二电极（7）与第一电极（7）间隔一定距离设置，且第二电极（7）的位置与固定座（1）相对静止，两块电极（7）的极性面相对。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨进，岳喜海，文玉梅，李平，余强模，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：