[发明专利]一种基于电场耦合的悬臂梁宽频能量收集装置

说明书

本发明提供了一种基于电场耦合的悬臂梁宽频能量收集装置，上悬臂梁和下悬臂梁的一端固定在连接部上；上压电材料块和下压电材料块分别设置在上悬臂梁及下悬臂梁顶面上靠近固定端的部位，上压电材料块和下压电材料块分别与外部能量采集电路连接；上质量块和下质量块分别设置在上悬臂梁和下悬臂梁的顶面靠近自由端的部位，第一绝缘部设置在上悬臂梁的底面靠近自由端的部位，第二绝缘部设置在下质量块上，第一绝缘部和第二绝缘部上带有电荷。本发明应用电荷之间的作用将上悬臂梁和下悬臂梁的振动耦合起来，拓宽了共振频率范围，提高了能量收集效率。此外，本发明调节两悬臂梁间耦合的方法简单。

技术领域

本发明涉及能量转化及收集领域，具体涉及一种基于电场耦合的悬臂梁宽频能量收集装置。

背景技术

悬臂梁式振动能量采集具有结构简单、容易实现，即使在较低的振动频率下也能保证高输出功率，在振动能量采集中被广泛的关注。传统悬臂梁式振动能量采集装置的频带窄，降低了振动能量采集的效率。

发明专利申请CN108471258A提出了“一种磁铁耦合双悬臂梁振动能量收集装置”，在上悬臂梁和下悬臂梁上设置磁场，通过磁铁耦合提高了能量收集的带宽。当增强上悬臂梁和下悬臂梁之间的耦合时，需要增加磁铁的体积。此时，上悬臂梁或下悬臂梁的质量也被同时增加了，因此也调节了上悬臂梁或下悬臂梁的共振频率，调节不方便。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种基于电场耦合的悬臂梁宽频能量收集装置，该能量收集装置包括振源、连接部、上悬臂梁、上压电材料块、上质量块、下悬臂梁、下压电材料块、下质量块、第一绝缘部、第二绝缘部；连接部固定在振源上；上悬臂梁和下悬臂梁的一端固定在连接部上；上压电材料块和下压电材料块分别设置在上悬臂梁及下悬臂梁顶面上靠近固定端的部位，上压电材料块和下压电材料块分别与外部能量采集电路连接；上质量块和下质量块分别设置在上悬臂梁和下悬臂梁的顶面靠近自由端的部位，第一绝缘部设置在上悬臂梁的底面靠近自由端的部位，第二绝缘部设置在下质量块上，第一绝缘部和第二绝缘部上带有电荷。

更进一步地，下质量块为绝缘材料。

更进一步地，第一绝缘部和第二绝缘部上带有异号电荷。

更进一步地，第一绝缘部和第二绝缘部的表面为斜面，第一绝缘部较厚一侧与第二绝缘部较薄一侧相对。

更进一步地，第一绝缘部的表面设有圆形凹部，第二绝缘部的形状为圆柱形，第二绝缘部能够伸入圆形凹部。

更进一步地，上悬臂梁和下悬臂梁采用铝合金、硅、半导体材料、金刚石。

更进一步地，上压电材料块和下压电材料块采用压电陶瓷或聚偏氟乙烯。

更进一步地，第一绝缘部和第二绝缘部的材料为金属氧化物。

更进一步地，连接部与振源之间采用螺栓连接。

更进一步地，连接部的材料为铜。

本发明的有益效果：本发明提供了一种基于电场耦合的悬臂梁宽频能量收集装置，上悬臂梁和下悬臂梁的一端固定在连接部上；上压电材料块和下压电材料块分别设置在上悬臂梁及下悬臂梁顶面上靠近固定端的部位，上压电材料块和下压电材料块分别与外部能量采集电路连接；上质量块和下质量块分别设置在上悬臂梁和下悬臂梁的顶面靠近自由端的部位，第一绝缘部设置在上悬臂梁的底面靠近自由端的部位，第二绝缘部设置在下质量块上，第一绝缘部和第二绝缘部上带有电荷。本发明应用第一绝缘部和第二绝缘部上的电荷之间的作用将上悬臂梁和下悬臂梁的振动耦合起来，拓宽了上悬臂梁和下悬臂梁的共振频率范围，提高了能量收集效率。本发明中，仅仅通过电荷的数量即可实现上悬臂梁和下悬臂梁之间的振动耦合，调节过程中不改变上悬臂梁和下悬臂梁的质量，调节方法简单，在能量采集领域有着重要的应用前景。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明