[发明专利]一种三阶智能圆弧型压电式能量收集器

说明书

本发明揭示了一种三阶智能圆弧型压电式能量收集器，该压电式能量收集器包括三个悬臂梁，第一悬臂梁、第二悬臂梁和第三悬臂梁依次套设，第一悬臂梁的半径为R1，第二悬臂梁的半径为R2，第三悬臂梁的半径为R3，第一悬臂梁的半径R1小于第二悬臂梁的半径R2，第二悬臂梁的半径R2小于第三悬臂梁的半径R3；所述第一悬臂梁、第二悬臂梁和第三悬臂梁的左端均与固定质量块连接，所述第一悬臂梁、第二悬臂梁和第三悬臂梁的右端均与金属固定端连接。本技术方案的三阶智能圆弧型压电能量收集器可在特定结构下可进行能量吸收的多维度调节，在实现大频率范围内振动能量吸收的同时，又可以将频率控制于一点输出高功率。

技术领域

本发明涉及一种三阶智能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。双自由度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。

高性能圆弧型压电能量收集器在一定的弧度下输出高电势，一阶频率大，多阶带宽长。双自由度圆弧型压电式能量收集器在一定的弧度下产生高电势一阶频率小，多阶带宽短，但两者均解决了能量吸收方向的单一性，可以吸收质量块顶面和侧面方向的振动能量，但上述两者结构结构复杂、加工困难，不易于MEMS集成、不能同时兼备高性能与双自由度技术的优势。

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，提出一种三阶智能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：一种三阶智能圆弧型压电式能量收集器，包括三个悬臂梁，第一悬臂梁、第二悬臂梁和第三悬臂梁依次套设，所述第一悬臂梁的半径为R1，第二悬臂梁的半径为R2，第三悬臂梁的半径为R3，第一悬臂梁的半径R1小于第二悬臂梁的半径R2，第二悬臂梁的半径R2小于第三悬臂梁的半径R3。

优选地，所述第一悬臂梁、第二悬臂梁和第三悬臂梁的左端均与固定质量块连接，所述第一悬臂梁、第二悬臂梁和第三悬臂梁的右端均与金属固定端连接。

优选地，所述第一悬臂梁为弧度为180度的第一圆弧型薄片，所述第一圆弧型薄片上附着设置有一阶压电层，所述一阶压电层为一圆弧型材料层，所述第一圆弧型薄片的左端与第一固定质量块连接，所述第一圆弧型薄片的上方活动地设置有第一可调质量块。

优选地，所述第二悬臂梁为弧度为180度的第二圆弧型薄片，所述第二圆弧型薄片上附着设置有二阶压电层，所述二阶压电层为一圆弧型材料层，所述二阶压电层的弧度为160度，所述第二圆弧型薄片的左端与第二固定质量块连接，所述第二圆弧型薄片的上方活动地设置有第二可调质量块。

优选地，所述第三悬臂梁为弧度为180度的第三圆弧型薄片，所述第三圆弧型薄片上附着设置有三阶压电层，所述三阶压电层为一圆弧型材料层，所述第三圆弧型薄片的左端与第三固定质量块连接，所述第三圆弧型薄片的上方活动地设置有第三可调质量块。

优选地，所述第一圆弧型薄片的内径为20mm，外径为30mm，宽度为10mm，圆弧度为180度；所述第二圆弧型薄片的内径为20mm，外径为30mm，宽度为10mm，圆弧度为180度；所述第三圆弧型薄片的内径为20mm，外径为30mm，宽度为10mm，圆弧度为180度，所述第一圆弧型薄片与第二圆弧型薄片之间的间隔为1mm，所述第二圆弧型薄片与第三圆弧型薄片之间的间隔为1mm。

优选地，所述悬臂梁采用磷青铜材料制成。