CN108448937A - 一种双轨圆弧型压电式能量收集器 - Google Patents
一种双轨圆弧型压电式能量收集器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108448937A CN108448937A CN201810409062.6A CN201810409062A CN108448937A CN 108448937 A CN108448937 A CN 108448937A CN 201810409062 A CN201810409062 A CN 201810409062A CN 108448937 A CN108448937 A CN 108448937A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- circular arc
- arc type
- energy collector
- double track
- thin slice
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 8
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 claims description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010974 bronze Substances 0.000 claims description 3
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
- H02N2/186—Vibration harvesters
- H02N2/188—Vibration harvesters adapted for resonant operation
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
本发明揭示一种双轨圆弧型压电式能量收集器，该能量收集器包括一悬臂梁对，悬臂梁对由两个相互对称的悬臂梁连接而成，每个所述悬臂梁均由一个圆弧型薄片和一个正方形薄片连接而成，圆弧型薄片上附着有压电层，正方形薄片上附着有质量块；悬臂梁对以正方形薄片的对角线为中心对称轴对称分布；圆弧型薄片的左端连接有正方形薄片，圆弧型薄片的右端为固定端。本技术方案的双轨圆弧型压电能量收集器不仅可以吸收顶面、侧面方向的振动能量，而且具有输出电压高，空间利用率高，稳定性好的优势，且具有容易集成化、微型化的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种双轨圆弧型压电式能量收集器，属于能量收集技术领域。
背景技术
压电能量收集器利用压电效应方式将周围环境中无法直接利用的机械能转换为可以直接利用的电能。目前常用的压电式能量收集器通常为直型结构，在该结构下虽然可以起到能量收集的作用，但是实验表明可收集的能量频率范围较小，输出电势较低。除此之外，直型结构的压电能量收集器还有稳定性低、空间利用率少等一系列缺陷。传统的单圆弧压电式能量收集器通过外界振动施加于质量块顶面或侧面，悬梁振动形变，压电层产生电势。
传统的高性能圆弧型压电能量收集器虽然在一定弧度下可以将载荷转化为电能输出，但是在一定的外加载荷下，它的输出电势明显较小，能量和空间利用率较低，且结构不对称容易引起稳定性问题。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种双轨圆弧型压电式能量收集器。
本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：一种双轨圆弧型压电式能量收集器，包括一悬臂梁对，所述悬臂梁对由两个相互对称的悬臂梁连接而成，每个所述悬臂梁均由一个圆弧型薄片和一个正方形薄片连接而成，所述圆弧型薄片上附着有压电层，所述正方形薄片上附着有质量块。
优选地，所述悬臂梁对以正方形薄片的对角线为中心对称轴对称分布。
优选地，所述圆弧型薄片的左端连接有正方形薄片，所述圆弧型薄片的右端为固定端。
优选地，所述正方形薄片为圆弧型材料层。
优选地，所述悬臂梁采用磷青铜材料制成。
优选地，所述圆弧型薄片的内径为20mm，外径为30mm，宽度为10mm，圆弧度为90度。
优选地，所述压电层为PZT-5H。
优选地，所述压电层的内径为20mm，外径为30mm，厚度为0.3mm，圆弧度为90度。
优选地，所述质量块采用镍材料制成。
优选地，所述质量块的长、宽、高分别为10mm、10mm、10mm。
本发明技术方案的优点主要体现在：
在外加激励载荷不变的情况下，该双轨圆弧型压电能量收集器的压电层面积是圆弧型压电式能量收集器的两倍，这意味着双轨型压电能量收集器可以输出更多功率的能量，因而具有更高的电势。
对于同样大小的质量块，该双轨圆弧型压电能量收集器对应有两片压电层，而圆弧型压电式能量收集器为单轨结构，仅有一片压电层与质量块对应，这种结构可有效地提高空间利用率，进而提高了该装置作为压电集成芯片的集成单元小模块的集成度。
该双轨圆弧型压电能量收集器由两片完全对称的悬臂梁及附着在其上面的压电层组成，因而具有对称性，这使得双轨型压电能量收集器具有更好地对称性和适用性。相比较于单轨道的圆弧型压电能量收集器，本技术方案的双轨圆弧型压电能量收集器不仅可以吸收顶面、侧面方向的振动能量，而且具有输出电压高，空间利用率高，稳定性好的优势，且具有容易集成化、微型化的特点。
附图说明
图1为本发明的一种双轨圆弧型压电能量收集器的结构示意图。
图2为本发明圆弧型压电能量收集器与双轨圆弧型压电能量收集器的输出电压与频率的关系图。
具体实施方式
本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
本发明揭示了一种双轨圆弧型压电式能量收集器，如图1所示，一种双轨圆弧型压电式能量收集器，包括一悬臂梁对1，所述悬臂梁对由两个相互对称的悬臂梁对称连接而成，每个所述悬臂梁均由一个圆弧型薄片2和一个正方形薄片3对称连接而成，具体地，每个所述悬臂梁由两个完全相同的具有一定弧度的圆弧型薄片与正方形薄片连接而成。所述悬臂梁采用来源广泛、延展性较好、易形变的磷青铜材料制成。
所述圆弧型薄片上附着有压电层4，所述正方形薄片上附着有质量块5。所述压电层为PZT-5H。所述压电层的内径为20mm，外径为30mm，厚度为0.3mm，圆弧度为90度，90度弧度的圆弧型压电层附着于90度弧度的圆弧型薄片上。所述质量块采用密度较高的镍材料制成，质量块附着于正方形薄片上，所述质量块的长、宽、高分别为10mm、10mm、10mm。不同弧度的双轨圆弧型压电能量收集器，所对应的悬臂梁圆弧型薄片与其附着的压电层弧度不同。
所述圆弧型薄片的左端连接有正方形薄片，所述正方形薄片的长宽分别为LM=10mm、WM=10mm，基层的宽度W=10mm、厚度HS=0.5mm，所述圆弧型薄片的右端为固定端6。所述圆弧型薄片的内径Ra为20mm，外径Rb为30mm，宽度为10mm，圆弧度为90度。
所述两个完全相同的悬臂梁对以正方形薄片的对角线为中心对称轴对称分布，这使得双轨型压电能量收集器具有更好地稳定性。两片压电层与同一质量块连接，这使得在外加激励载荷不变的情况下，双轨圆弧型压电能量收集器可以输出更高功率的能量。除此之外，双轨型结构有效地提升了本发明的压电能量收集器的空间利用率，进而提高了本技术方案作为压电集成芯片的集成单元小模块的集成度。
为了更好地体现该结构相比于圆弧型压电能量收集器的优势，在质量块顶端施加方向竖直向下的10pa边界载荷，做出圆弧型与双轨圆弧型压电能量收集器的输出电压与能量频率之间的关系图，如图2所示，图2中横坐标表示功率，纵坐标表示电压。从图中可以发现，对于圆弧型压电能量收集器而言，一阶谐振频率为85Hz，此时输出的电压为0.69V。对于双轨圆弧型压电能量收集器的电压与频率之间的关系图，在一阶频率为90Hz时，能量收集器有着最高输出电压0.94V。可见，相比于圆弧形压电能量收集器，双轨圆弧型能量收集器具有更好的输出高电势优势。
结合图1可发现，对于同样大小的质量块，本技术方案的双轨圆弧型压电能量收集器对应有两片压电层，而圆弧型压电式能量收集器为单轨结构，仅有一片压电层与质量块对应。这种结构有效地提高了空间利用率，进而提高了本发明作为压电集成芯片的集成单元小模块的集成度。
本技术方案的双轨圆弧型压电能量收集器由两片完全对称的悬臂梁及附着在其上面的压电层组成，因而具有对称性。这使得双轨型压电能量收集器还具有更好地对称性。相比较于单轨道的圆弧型压电能量收集器，本技术方案的双轨圆弧型压电能量收集器不仅可以吸收顶面、侧面方向的振动能量，而且具有输出电压高，空间利用率高，稳定性好的优势，且具有容易集成化、微型化的特点。
相较于传统的圆弧型压电能量收集器，该能量收集器采用了一定弧度的双轨道圆弧型对称式的结构设计。当激励作用于质量块时，特定弧度的圆弧型压电能量收集器可以产生更高的电势。同时该双轨圆弧型能量收集器除了还可以提高器件的空间利用率，提升集成度，增强稳定性，具有较高的研究价值。
综上所述本发明的能量收集器采用了对称结构的双轨圆弧型结构设计。当激励作用于质量块时，特定弧度的圆弧型压电能量收集器产生更高的电势。该双轨圆弧型能量收集器除了可输出超高电势外，还可以提高空间利用率和器件的集成度，并带来更好的稳定性。
本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种双轨圆弧型压电式能量收集器，其特征在于：包括一悬臂梁对，所述悬臂梁对由两个相互对称的悬臂梁对称连接而成，每个所述悬臂梁均由一个圆弧型薄片和一个正方形薄片连接而成，所述圆弧型薄片上附着有压电层，所述正方形薄片上附着有质量块。
2.根据权利要求1所述的一种双轨圆弧型压电式能量收集器，其特征在于：所述悬臂梁对以正方形薄片的对角线为中心对称轴对称分布。
3.根据权利要求1所述的一种双轨圆弧型压电式能量收集器，其特征在于：所述圆弧型薄片的左端连接有正方形薄片，所述圆弧型薄片的右端为固定端。
4.根据权利要求1所述的一种双轨圆弧型压电式能量收集器，其特征在于：所述正方形薄片为圆弧型材料层。
5.根据权利要求1所述的一种双轨圆弧型压电式能量收集器，其特征在于：所述悬臂梁采用磷青铜材料制成。
6.根据权利要求1所述的一种双轨圆弧型压电式能量收集器，其特征在于：所述圆弧型薄片的内径为20mm，外径为30mm，宽度为10mm，圆弧度为90度。
7.根据权利要求1所述的一种双轨圆弧型压电式能量收集器，其特征在于：所述压电层为PZT-5H。
8.根据权利要求1所述的一种双轨圆弧型压电式能量收集器，其特征在于：所述压电层的内径为20mm，外径为30mm，厚度为0.3mm，圆弧度为90度。
9.根据权利要求1所述的一种双轨圆弧型压电式能量收集器，其特征在于：所述质量块采用镍材料制成。
10.根据权利要求1所述的一种双轨圆弧型压电式能量收集器，其特征在于：所述质量块的长、宽、高分别为10mm、10mm、10mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810409062.6A CN108448937B (zh) | 2018-05-02 | 2018-05-02 | 一种双轨圆弧型压电式能量收集器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810409062.6A CN108448937B (zh) | 2018-05-02 | 2018-05-02 | 一种双轨圆弧型压电式能量收集器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108448937A true CN108448937A (zh) | 2018-08-24 |
| CN108448937B CN108448937B (zh) | 2024-03-15 |
Family
ID=63202088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810409062.6A Active CN108448937B (zh) | 2018-05-02 | 2018-05-02 | 一种双轨圆弧型压电式能量收集器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108448937B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102931340A (zh) * | 2012-11-15 | 2013-02-13 | 重庆大学 | 宽频带微型压电振动能量收集器及其制作方法 |
| US20140265726A1 (en) * | 2013-03-13 | 2014-09-18 | Microgen Systems, Inc. | Symmetric dual piezoelectric stack microelectromechanical piezoelectric cantilever energy harvester |
| US20140285067A1 (en) * | 2011-11-04 | 2014-09-25 | Altenersgis Plc | Piezoelectric energy harvesting device or actuator |
| CN107919816A (zh) * | 2017-12-18 | 2018-04-17 | 南京邮电大学 | 双自由度圆弧型压电能量收集器 |
| CN107947635A (zh) * | 2017-12-18 | 2018-04-20 | 南京邮电大学 | 高性能圆弧型压电式能量收集器 |
| CN208174575U (zh) * | 2018-05-02 | 2018-11-30 | 南京邮电大学 | 一种双轨圆弧型压电式能量收集器 |
-
2018
- 2018-05-02 CN CN201810409062.6A patent/CN108448937B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140285067A1 (en) * | 2011-11-04 | 2014-09-25 | Altenersgis Plc | Piezoelectric energy harvesting device or actuator |
| CN102931340A (zh) * | 2012-11-15 | 2013-02-13 | 重庆大学 | 宽频带微型压电振动能量收集器及其制作方法 |
| US20140265726A1 (en) * | 2013-03-13 | 2014-09-18 | Microgen Systems, Inc. | Symmetric dual piezoelectric stack microelectromechanical piezoelectric cantilever energy harvester |
| CN107919816A (zh) * | 2017-12-18 | 2018-04-17 | 南京邮电大学 | 双自由度圆弧型压电能量收集器 |
| CN107947635A (zh) * | 2017-12-18 | 2018-04-20 | 南京邮电大学 | 高性能圆弧型压电式能量收集器 |
| CN208174575U (zh) * | 2018-05-02 | 2018-11-30 | 南京邮电大学 | 一种双轨圆弧型压电式能量收集器 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 刘祥建等: "压电振动能量收集装置研究现状及发展趋势", 《振动与冲击》 * |
| 邝小飞;刘亚茹;刘梨;: "应用于能量收集中的接口电路的设计", 电子科技, no. 01 * |
| 陈定方;沈威;明廷鑫;黄志威;: "悬臂梁式压电能量收集器的建模与分析", 南昌工程学院学报, no. 04 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108448937B (zh) | 2024-03-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107919816A (zh) | 双自由度圆弧型压电能量收集器 | |
| CN104113232A (zh) | 一种风致振动式压电发电机 | |
| CN203872084U (zh) | 一种压电发电悬臂梁机构 | |
| CN103888023A (zh) | 一种压电发电悬臂梁机构 | |
| CN106341055A (zh) | 振动能量采集器 | |
| CN208174575U (zh) | 一种双轨圆弧型压电式能量收集器 | |
| CN107947635A (zh) | 高性能圆弧型压电式能量收集器 | |
| CN111049426A (zh) | 一种压电式多方向、宽频带振动能量收集装置 | |
| CN104065303B (zh) | 压电双稳态能量收集器 | |
| CN108448937A (zh) | 一种双轨圆弧型压电式能量收集器 | |
| CN208675125U (zh) | 一种交联圆弧型压电式能量收集器 | |
| CN108390589A (zh) | 一种叉指型圆弧压电式能量收集器 | |
| CN107070302B (zh) | 一种带滚动体的碰撞式环境动能采集阵列 | |
| CN108448934A (zh) | 一种三阶智能圆弧型压电式能量收集器 | |
| CN205142050U (zh) | 阶梯形压电悬臂梁能量采集器 | |
| CN208174577U (zh) | 一种叉指型圆弧压电式能量收集器 | |
| CN207603481U (zh) | 高性能圆弧型压电式能量收集器 | |
| CN208174576U (zh) | 一种交联网圆弧型压电式能量收集器 | |
| CN208174573U (zh) | 一种双阶级圆弧型压电式能量收集器 | |
| CN208316599U (zh) | 一种多自由度圆弧型压电能量收集器 | |
| CN110518833B (zh) | 一种正四棱柱状多方向压电能量收集器 | |
| CN208316600U (zh) | 一种互补型六级圆弧型压电式能量收集器 | |
| CN108448935A (zh) | 一种双阶级圆弧型压电式能量收集器 | |
| CN108448940A (zh) | 一种交联圆弧型压电式能量收集器 | |
| CN104811091B (zh) | 一种基于环形海尔贝克阵列的多方向振动能量采集器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |