[发明专利]易越过势垒的双稳态压电能量收集装置

说明书

本发明提供一种易越过势垒的双稳态压电能量收集装置，包括固定支架，固定支架包括矩形底座及固设于底座上的第一固定杆和第二固定杆；第一固定杆的顶端连接一悬臂梁，悬臂梁通过固定块固定于第一固定杆的顶端，其中部设有凹字型通孔，并在通孔内部形成线性悬臂梁；线性悬臂梁的自由端指向第一固定杆，线性悬臂梁的自由端上设有质量块；悬臂梁的固定端至凹字形通孔处的表面设有压电元件；悬臂梁的自由端上设有第一永磁铁，第二固定杆上设有第二永磁铁，第一永磁铁与第二永磁铁相对面磁性相同。本发明结构简单，相比常见压电能量收集系统更易微型化，相比常见双稳态压电能量收集装置能量收集效率更高。

技术领域

本发明属于压电能量收集领域，具体涉及一种双稳态压电能量收集装置。

背景技术

随着电子元器件的逐渐普及，电子元器件的供能问题越发受到人们重视。当今电子元器件主要利用化学电池供能，化学电池的电量有限以及体积较大等缺陷为电子元器件的使用带来不便。利用环境中广泛存在的振动能量为电子元器件供能成为近年来研究的热点。在这些振动能量收集装置中，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主要是基于线性结构的压电能量收集装置，如专利CN100414808C公开了一种两面贴压电材料，自由端悬挂质量块的悬臂梁结构的压电能量收集装置。基于线性结构的压电能量收集装置结构简单，但是在实际应用中受限于其工作频带较窄，难以实用化。

为了解决基于线性结构的压电能量收集装置工作频带较窄的缺陷，并提高其在实际环境中的输出功率，越来越多的研究团队提出了双稳态压电能量收集装置。如专利CN201854207U公开了一种双稳态结构式压电能量收集装置，如专利CN103956936A公开了一种压电双稳态能量收集器。双稳态压电能量收集装置虽然具有较宽的工作频带和较高的能量收集效率，但是当外界振动幅度较小时，双稳态压电能量收集装置在工作过程中难以克服非线性力产生的势垒而局限于单个势阱的小幅振动，降低了能量收集的效率。

发明内容

为了解决现有技术中双稳态压电能量在外界振动幅度较小时，难以克服非线性力产生的势垒、局限于单个势阱的小幅振动而降低能量收集效率以及压电能量收集系统中存在的位移传感器或检测电路不利于压电能量收集系统的微型化等缺陷，本发明提出了一种易越过势垒的双稳态压电能量收集装置。本发明提供一种易越过势垒的双稳态压电能量收集装置。本发明结构简单，相比常见压电能量收集系统更易微型化，相比常见双稳态压电能量收集装置能量收集效率更高。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种易越过势垒的双稳态压电能量收集装置，包括固定支架，固定支架包括矩形底座及固设于底座上的第一固定杆和第二固定杆，固定支架由不导磁材料制成；其中，第一固定杆的顶端连接一悬臂梁，悬臂梁通过固定块固定于第一固定杆的顶端，悬臂梁由不导磁金属材料制成，其中部设有凹字型通孔，并在通孔内部形成线性悬臂梁；线性悬臂梁的自由端指向第一固定杆，线性悬臂梁的自由端上设有质量块，质量块由不导磁金属材料制成；悬臂梁的固定端至凹字形通孔处的表面设有压电元件；悬臂梁的自由端上设有第一永磁铁，第二固定杆上设有与第一永磁铁配合的第二永磁铁，第一永磁铁与第二永磁铁相对面磁性相同。

作为优化方案，固定支架由铝合金或不锈钢材料制成。

作为优化方案，悬臂梁由铜合金材料制成。

作为优化方案，质量块由铝合金或不锈钢材料制成。

作为优化方案，第一永磁铁和第二永磁铁为钕铁硼块状永磁铁。

作为优化方案，压电元件为锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)或柔性压电元件聚偏氟乙烯(PVDF)制成。

本发明的有益效果：本发明结构简单，相比常见压电能量收集系统更易微型化，相比常见双稳态压电能量收集装置能量收集效率更高。

附图说明