[发明专利]一种面内压电振动能量采集器

说明书

本发明涉及一种面内压电振动能量采集器，所述框(1)为左右对称结构，所述框架(1)中间部位设有质量块(5)，所述质量块(5)左、右端面分别连接屈曲梁(4)一端，所述屈曲梁(4)另一端各连接一个平面型弯张压电单元(6)，所述平面型弯张压电单元(6)另一端各连接框架(1)，所述框架(1)中间部位的前、后端面固定一对限制连接薄板(2)，所述限制连接薄板(2)为框架结构，所述质量块(5)位于限制连接薄板(2)的边框内；本发明结构新颖、简单，设计合理，利用弯张梁放大压电效应，提高了能量密度和可靠性；屈曲梁能实现的双稳态结构扩大了能量采集的频域；整体装置平面化的设计减小了体积，增强了可集成性，具有更好的工业价值。

[技术领域]

本发明涉及振动能量采集技术领域，具体地说是一种面内压电振动能量采集器。

[背景技术]

随着微电子器件的发展，从环境中采集能量，转化为电能为微电子器件供电，是一种可以取代传统电池或者延长传统电池寿命的非常具有前景的方案。

目前大部分压电采集装置利用压电悬臂梁作为基本结构，通过弯曲模式进行发电，不仅机电耦合系数低，而且压电片在反复的弯曲中很容易性能退化甚至损坏。并且压电悬臂梁既需要一定的宽度粘贴压电片，也需要一定的空间振动，不利于扁平化集成。

利用弯张型结构可以将外激励力放大、叠加作用到压电片，从而等效压电常数可以被放大数百倍，提高了输出功率。尤其是，通过弯张型结构作用到压电片的力分布均匀，极大的提高了压电片的使用寿命和可靠性。但弯张型机构显著增加了发电单元的体积，不便于集成到便携式电子设备中使用。

综上，传统的能量采集器输出功率低、可靠性较差，尤其是体积大，难以集成到微电子系统中，对振动能量采集的工业应用造成了很大的阻碍。

[发明内容]

本发明的目的是要解决上述不足而提供一种面内压电振动能量采集器，克服了现有压电振动能量采集器体积大、输出功率低、可靠性低的问题。

为实现上述目的设计一种面内压电振动能量采集器，包括：框架1、限制连接薄板2、屈曲梁4、质量块5及平面型弯张压电单元6，所述框1为左右对称结构，所述框架1中间部位设有质量块5，所述质量块5左、右端面分别连接屈曲梁4一端，所述屈曲梁4另一端各连接一个平面型弯张压电单元6，所述平面型弯张压电单元6另一端各连接框架1，所述框架1中间部位的前、后端面固定一对限制连接薄板2，所述限制连接薄板2为框架结构，所述质量块5位于限制连接薄板2的边框内。

所述框架1中间部位设有定位板3，所述限制连接薄板2粘接在定位板3上。

所述框架1、定位板3、屈曲梁4及平面型弯张压电单元6均采用韧性良好的薄板加工而成。所述框架1、定位板3、屈曲梁4、质量块5及平面型弯张压电单元6为一体化扁平结构。

所述平面型弯张压电单元6包括：弯张梁一7、弯张梁二8、安装板9及压电片10，所述弯张梁一7、弯张梁二8的上、下端分别连接安装板9，所述压电片10粘接在安装板9上，所述弯张梁一7配合连接屈曲梁4，所述弯张梁二8配合连接框架1。所述弯张梁一、弯张梁二、安装板均采用弹性良好的薄板加工而成。

所述弯张梁一7与弯张梁二8为对称的梯形结构，所述弯张梁一7、弯张梁二8与安装板9之间的倾斜角α小于15度。

所述屈曲梁4与质量块5之间的夹角β小于90度。

本发明与现有技术相比，将振动能量采集器扁平化设计，并且利用面内振动进行能量采集，方便集成到微机电系统，促进压电振动能量采集的工业化应用；通过平面型弯张压电单元的设计，显著减小了器件体积、提高了压电片的输出功率和负载能力；同时，一体化屈曲双稳态结构可以在宽频范围产生大振幅双稳态突跳，能够增加能量采集器的适用范围并提高输出功率。

[附图说明]

图1为本发明的结构示意图；