一種振動能量采集器制造技術

本發明專利技術公開了一種振動能量采集器，包括支架，支架上方設有蓋板，支架下方設有底板，所述支架內設有至少3個均勻分布的折疊壓電梁，折疊壓電梁的折彎部之間設有間距，折疊壓電梁的兩端為固定端和懸臂端，折疊壓電梁的固定端固定在支架上，折疊壓電梁的懸臂端延伸至支架的中部，折疊壓電梁的懸臂端圍成的空間內設有球體，折疊壓電梁的懸臂端之間設有間距，球體與折疊壓電梁的懸臂端設有間距。本發明專利技術使有質量的球體周圍分布壓電折疊梁，當球體在外界振動激勵作用下運動給周圍的壓電折疊梁施加作用力使其變形產生應力，這樣由于壓電效應在折疊壓電梁兩側產生壓電電荷，通過壓電折疊梁兩側的電極由電源管理電路收集，實現了對振動能量的收集，且采集效率更高。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及能量采集器的
，具體涉及一種振動能量采集器，可以對各個方向的振動激勵加以響應，實現能量的采集，將環境中的振動能轉換成電能，可以提高能量采集的效率。
技術介紹
隨著石化能源的逐步消耗，能源問題逐漸受到全世界的關注。而自然界賦予我們各種形式的能量，目前大部分能量沒有被利用起來。比如，通過光電轉換形式將太陽光能轉換成電能，通過熱電效應將余熱轉換為電能，通過生物化學反應的能量采集，通過部件運動將環境中的振動能轉換成電能。振動能量采集可以應用到各個領域，許多有振動的物體，比如汽車、火車、橋梁以及樓宇都有一定頻率的振動來源，而人的日常行走也有一定的振動來源。這些振動來源都蘊含有豐富的能量，如果能將這些能量合理的收集起來，可以供電子器件使用。目前研究中用于振動能量采集的主要方式有壓電式、電磁式和靜電式，壓電式能量采集器主要特點是輸出電壓高、壓電梁通常需要工作與頻率較高的范圍；而電磁式能量采集器的特點是其輸出電流較大、電壓較小。通常研究的能量采集器是對某一方向的振動激勵進行響應而進行能量采集，而且其需要的工作頻率比較高，在較低的頻率范圍，比如人體運動的頻率只有10Hz以下，則不能有效的進行振動能量的采集。
技術實現思路
為了解決上述技術問題，本專利技術提供了一種振動能量采集器，可以響應多個方向的振動，對平面內各方向的振動激勵進行響應，尤其是對多方向的低頻振動進行響應，可以有效的將振動能量轉換成電能。為了達到上述目的，本專利技術的技術方案是：一種振動能量采集器，包括支架，支架上方設有蓋板，支架下方設有底板，所述支架內設有至少3個折疊壓電梁，折疊壓電梁的兩側面設有電極，折疊壓電梁的折彎部之間設有間距，折疊壓電梁的兩端為固定端和懸臂端，折疊壓電梁的固定端固定在支架上，折疊壓電梁的懸臂端延伸至支架的中部，折疊壓電梁的懸臂端圍成的空間內設有球體，折疊壓電梁的懸臂端之間設有間距，球體與折疊壓電梁的懸臂端設有間距。所述折疊壓電梁的懸臂端均固定設有擋塊，擋塊圍成的中心設有球體，球體與擋塊之間設有間距，擋塊之間設有間距。所述擋塊為圓弧形的擋塊，擋塊的內凹側與球體相對。所述蓋板和底板的內表面上設有螺旋線圈，螺旋線圈兩端設有引出線，球體為磁化的球體；所述球體呈半徑方向磁化，球體的中心為一個磁極，球體外側的磁極與球體中心的磁性相同。所述擋塊為磁鐵塊，擋塊靠近球體外側的磁極與球體外側的磁極相反。所述支架是呈圓柱筒形的支架，折疊壓電梁的數量設有4個，折疊壓電梁沿支架圓周均勻分布，4個折疊壓電梁在同一個平面上、且該平面與螺旋線圈平行。所述折疊壓電梁的橫截面從懸臂端到固定端逐漸減小。所述的折疊壓電梁通過可調節連接方式與支架相連接。所述球體位于支架的中心，所述螺旋線圈設置在蓋板和底板的中心。所述蓋板和底板上設有若干個螺旋線圈，每個折疊壓電梁懸臂端的上方和下方均設有螺旋線圈；所述蓋板和底板上的螺旋線圈上設有覆蓋層，覆蓋層厚度比螺旋線圈的厚度大，覆蓋層由絕緣材料構成。所述球體和擋塊采用釹鐵硼制成，折疊壓電梁采用壓電系數大的PZT或PVDF制成。本專利技術的有益效果：在質量球體周圍分布壓電折疊梁，當球體在外界振動激勵作用下運動（以滾動為主，滾動的摩擦力更小）給周圍的壓電折疊梁施加作用力使其變形產生應力，這樣由于壓電效應在折疊壓電梁兩側產生壓電電荷，通過壓電折疊梁兩側的電極由電源管理電路收集；進一步，考慮采用磁性球體，同時在底板和蓋板上設置感應線圈，這樣當磁性的球體運動時，一方面可以對壓電折疊梁施加作用力，另一方面由于磁性球的運動其磁場也發生變化，這樣在上下感應線圈內由于磁通量變化而產生感應電動勢，可以同時利用壓電效應和電磁效應進行振動能量采集，采集效率更高。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本專利技術實施例3的爆炸圖1的結構示意圖。圖2為本專利技術實施例3的爆炸圖2的結構示意圖。圖3為本專利技術實施例3去掉蓋板的結構示意圖。圖4為本專利技術實施例3的外部結構示意圖。其中，1為支架，2為蓋板，3為底板，4為螺旋線圈，5為折疊壓電梁，6為擋塊，7為球體。具體實施方式下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有付出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。實施例1一種振動能量采集器，包括支架，支架上方設有蓋板，支架下方設有底板，支架內設有至少3個折疊壓電梁。折疊壓電梁內設有壓電片，折疊壓電梁的兩側面設有不同極性的電極，電極與電源管理電路相連接。折疊壓電梁的折彎部之間設有間距，該間距可以使折疊壓電梁產生壓電效應。折疊壓電梁的兩端為固定端和懸臂端，折疊壓電梁的固定端固定在支架上，折疊壓電梁的懸臂端延伸至支架的中部。折疊壓電梁的懸臂端圍成的空間內設有球體，折疊壓電梁的懸臂端之間設有間距，避免折疊壓電梁振動過程中相互影響。球體與折疊壓電梁的懸臂端設有間距，使球體在折疊壓電梁圍成的空間內充分滾動，滾動的摩擦力更小。球體設置在蓋板和底板之間，球體與蓋板、底板之間需要設置一個小的間隙，避免其脫離折疊壓電梁所圍成的空間平面。優選地，支架內的至少3個折疊壓電梁可以是均勻分布的，方便每個折疊壓電梁均勻接收球體滾動中的作用力。優選地，折疊壓電梁的懸臂端均固定設有擋塊，擋塊圍成的中心設有球體，球體與擋塊之間設有間距，擋塊之間設有間距。擋塊的設置防止球體脫離折疊壓電梁的懸臂端圍成的活動區域，同時方便折疊壓電梁收集球體滾動中的動力。進一步地，擋塊為圓弧形的擋塊，擋塊的內凹側與球體相對。采用內側面呈弧面的擋塊，給球體的反作用力有利于球體返回到支架的中心位置，而且球體被反彈回的軌跡盡量通過支架的中心，而不至于使球體在支架中央附近無規則運動，提高了球體動能向折疊壓電梁電能的轉換效率。本專利技術在有質量的球體周圍分布壓電折疊梁，當球體在外界振動激勵作用下滾動時給周圍的壓電折疊梁施加作用力使其變形產生應力，這樣由于壓電效應在折疊壓電梁兩側產生壓電電荷，通過壓電折疊梁兩側的電極由電源管理電路收集。本專利技術實現了只利用壓電折疊梁和球體，球體運動時使壓電梁振動產生壓電電荷，從而進行能量采集。實施例2一種振動能量采集器，包括支架1，支架1上方設有蓋板2，支架1下方設有底板3。所述支架1內設有至少3個均勻分布的折疊壓電梁5，折疊壓電梁5的折彎部之間設有間距，折疊壓電梁5的兩端為固定端和懸臂端，折疊壓電梁5的固定端固定在支架上，折疊壓電梁5的懸臂端延伸至支架的中部，折疊壓電梁5的懸臂端圍成的空間內設有球體，折疊壓電梁5的懸臂端之間設有間距，球體7與折疊壓電梁5的懸臂端設有間距。折疊壓電梁5呈均勻分布設置，一方面可以提高對球體7的運動能量進行轉換，另一方面使各個折疊壓電梁5得到電能接近一致。折疊壓電梁5的懸臂端均固定有擋塊6，擋塊6圍成的中心設有球體7；球體7與擋塊6之間設有間距，擋塊6之間設有間距。球體7與擋塊6之間設本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種振動能量采集器，包括支架（1），支架（1）上方設有蓋板（2），支架（1）下方設有底板（3），其特征在于：所述支架（1）內設有至少3個折疊壓電梁（5），折疊壓電梁（5）的兩側面設有電極，折疊壓電梁（5）的折彎部之間設有間距，折疊壓電梁（5）的兩端為固定端和懸臂端，折疊壓電梁（5）的固定端固定在支架（1）上，折疊壓電梁（5）的懸臂端延伸至支架（1）的中部，折疊壓電梁（5）的懸臂端圍成的空間內設有球體（7），折疊壓電梁（5）的懸臂端之間設有間距，球體（7）與折疊壓電梁（5）的懸臂端設有間距。

【技術特征摘要】
1.一種振動能量采集器，包括支架（1），支架（1）上方設有蓋板（2），支架（1）下方設有底板（3），其特征在于：所述支架（1）內設有至少3個折疊壓電梁（5），折疊壓電梁（5）的兩側面設有電極，折疊壓電梁（5）的折彎部之間設有間距，折疊壓電梁（5）的兩端為固定端和懸臂端，折疊壓電梁（5）的固定端固定在支架（1）上，折疊壓電梁（5）的懸臂端延伸至支架（1）的中部，折疊壓電梁（5）的懸臂端圍成的空間內設有球體（7），折疊壓電梁（5）的懸臂端之間設有間距，球體（7）與折疊壓電梁（5）的懸臂端設有間距。2.根據權利要求1所述的振動能量采集器，其特征在于，所述折疊壓電梁（5）的懸臂端均固定設有擋塊（6），擋塊（6）圍成的中心設有球體（7），球體（7）與擋塊（6）之間設有間距，擋塊（6）之間設有間距。3.根據權利要求2所述的振動能量采集器，其特征在于，所述擋塊（6）為圓弧形的擋塊，擋塊（6）的內凹側與球體（7）相對。4.根據權利要求1或3所述的振動能量采集器，其特征在于，所述蓋板（2）和底板（3）的內表面上設有螺旋線圈（4），螺旋線圈（4）兩端設有引出線，球體（7）為磁化的球體；所述球體（7）呈半徑方向磁化，球體（7）的中心為一個磁極，球體...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蘇宇鋒，張坤，段智勇，郭丹，葉志通，秦立振，張振宇，
申請(專利權)人：鄭州大學，
類型：發明
國別省市：河南;41