陣列式壓電磁耦合能量收集器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種能量收集裝置，具體涉及一種陣列式壓電磁耦合能量收集器。
【背景技術(shù)】
[0002]在過(guò)去的十年中，微電子器件在運(yùn)行時(shí)消耗的功率越來(lái)越小，于是國(guó)內(nèi)外專家開始研宄能量收集器，它可以收集周圍環(huán)境振動(dòng)能量來(lái)實(shí)現(xiàn)微電子器件自供能，比如海嘯預(yù)警傳感器、橋梁和建筑結(jié)構(gòu)中安全診斷傳感器，這些微電子器件通常利用傳統(tǒng)的電池供電，但是傳統(tǒng)的化學(xué)電池存在壽命短、體積大等問(wèn)題，而能量收集器具有壽命長(zhǎng)、體積小、能量密度高等優(yōu)點(diǎn)，可替代傳統(tǒng)電池為微電子器件供電。將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為電能的方式一般有電磁式、壓電式和靜電式三種類型，相對(duì)于靜電式和電磁式，壓電式振動(dòng)能量收集器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)，受到了越來(lái)越廣泛的重視。
[0003]目前，壓電能量收集器主要采用的是懸臂梁式振動(dòng)能量收集器，因?yàn)閼冶哿航Y(jié)構(gòu)具有剛度低、高靈敏度、容易通過(guò)微細(xì)加工等優(yōu)點(diǎn)。環(huán)境振源的頻率一般較低，為了提高懸臂梁式能量收集器的發(fā)電效率，尤其為了適應(yīng)低頻環(huán)境，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量研宄，設(shè)計(jì)了雙穩(wěn)態(tài)壓電能量收集器，提高了采集頻率的頻帶寬，并且也適用于低頻環(huán)境，但其單懸臂梁的結(jié)構(gòu)還是存在輸出電壓較低的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種陣列式壓電磁耦合能量收集器，能夠提高輸出電壓，在低頻范圍內(nèi)的激勵(lì)下也能有較高的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換效率，并且其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于加工。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:
[0006]本實(shí)用新型包括三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的壓電懸臂梁:第一壓電懸臂梁、第二壓電懸臂梁、第三壓電懸臂梁，第一壓電懸臂梁、第二壓電懸臂梁、第三壓電懸臂梁在水平方向上陣列排布，且壓電懸臂梁之間的距離小于壓電懸臂梁的寬度。壓電懸臂梁包括基底片、第一壓電片、第二壓電片，第二壓電片和第一壓電片分別粘結(jié)在基底片的上面和下面。三個(gè)壓電懸臂梁根部固定連接在第一基座上，端部粘結(jié)有第一磁鐵。第二磁鐵固定連接在第二基座上。
[0007]按上述方案，所述第一磁鐵與第二磁鐵極性相反。
[0008]按上述方案，所述第一基座與第二基座通過(guò)螺母螺桿連接，第一螺桿和第二螺桿穿過(guò)第一基座槽型孔和第二基座的圓孔，第一螺桿上下端分別連接有第一螺母和第二螺母，第二螺桿上下端分別連接有第三螺母和第四螺母。
[0009]按上述方案，所述第一壓電懸臂梁的第一壓電片上粘結(jié)有第一導(dǎo)線，第一壓電懸臂梁的第二壓電片和第二壓電懸臂梁的第一壓電片上粘結(jié)有第二導(dǎo)線，第二壓電懸臂梁的第二壓電片和第三壓電懸臂梁的第一壓電片上粘結(jié)有第三導(dǎo)線，第三壓電懸臂梁的第二壓電片上粘結(jié)有第四導(dǎo)線。
[0010]本實(shí)用新型的有益效果是:將三個(gè)壓電懸臂梁的電壓串聯(lián)輸出，可以有效提高輸出電壓，同時(shí)引入了非線性磁力作用，使得懸臂梁可以在雙穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下振動(dòng)，進(jìn)而提高了采集頻率的帶寬，并且在低頻范圍內(nèi)的激勵(lì)下也能有較高的輸出電壓。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)立體示意圖。
[0012]圖2為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)仰視示意圖。
[0013]圖3為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)正視示意圖。
[0014]圖4為本實(shí)用新型第一基座的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖5為本實(shí)用新型第二基座的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖6為本實(shí)用新型的電路連接示意圖。
[0017]圖中:1.第一基座，2.第二基座，3.第一螺母，4.第二螺母，5.第三螺母，6.第四螺母，7.第一螺桿，8.第二螺桿，10.第一磁鐵，11.第二磁鐵，50.第一導(dǎo)線，51.第二導(dǎo)線，52.第三導(dǎo)線，53.第四導(dǎo)線，100.基底片，101.第一壓電片，102.第二壓電片，A.第一壓電懸臂梁，B.第二壓電懸臂梁，C.第三壓電懸臂梁。
【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，本實(shí)用新型包括三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的壓電懸臂梁:第一壓電懸臂梁A、第二壓電懸臂梁B、第三壓電懸臂梁C，第一壓電懸臂梁A、第二壓電懸臂梁B、第三壓電懸臂梁C在水平方向上陣列排布，且壓電懸臂梁之間的距離小于壓電懸臂梁的寬度。壓電懸臂梁包括基底片100、第一壓電片101、第二壓電片102，第二壓電片102和第一壓電片101分別粘結(jié)在基底片100的上面和下面。三個(gè)壓電懸臂梁根部固定連接在第一基座I上，端部粘結(jié)有第一磁鐵10。第二磁鐵11固定連接在第二基座2上。
[0019]第一磁鐵10與第二磁鐵11極性相反。
[0020]第一基座I與第二基座2通過(guò)螺母螺桿連接，第一螺桿7和第二螺桿8穿過(guò)第一基座I槽型孔和第二基座2的圓孔，第一螺桿7上下端分別連接有第一螺母3和第二螺母4，第二螺桿8上下端分別連接有第三螺母5和第四螺母6。
[0021]壓電懸臂梁中的第一壓電片101和第二壓電片102的材料為壓電陶瓷，基底片100的材料為銅。
[0022]如圖6所示，第一壓電懸臂梁(A)的第一壓電片(101)上粘結(jié)有第一導(dǎo)線(50)，第一壓電懸臂梁(A)的第二壓電片(102)和第二壓電懸臂梁(B)的第一壓電片(101)上粘結(jié)有第二導(dǎo)線(51)，第二壓電懸臂梁(B)的第二壓電片(102)和第三壓電懸臂梁(C)的第一壓電片(101)上粘結(jié)有第三導(dǎo)線(52)，第三壓電懸臂梁(C)的第二壓電片(102)上粘結(jié)有第四導(dǎo)線(53) ο
[0023]本實(shí)用新型的工作原理如下:
[0024]當(dāng)出現(xiàn)沿X軸方向的外界激勵(lì)時(shí)，激勵(lì)通過(guò)第一基座I傳遞給第一壓電懸臂梁A、第二壓電懸臂梁B、第三壓電懸臂梁C，引起三個(gè)壓電懸臂梁的振動(dòng)，同時(shí)，第二磁鐵11與第一磁鐵10相斥，所以三個(gè)壓電懸臂梁端部會(huì)受到排斥力。
[0025]壓電懸臂梁振動(dòng)時(shí)，由于電壓效應(yīng)，上下壓電片產(chǎn)生電勢(shì)差，利用第一導(dǎo)線50、第二導(dǎo)線51、第三導(dǎo)線52、第四導(dǎo)線53將三個(gè)壓電懸臂梁串聯(lián)連接，使得輸出電壓比單個(gè)壓電懸臂梁輸出電壓提高三倍左右，最終總的電流通過(guò)第一導(dǎo)線50和第四導(dǎo)線53輸出。
[0026]第一磁鐵10與第二磁鐵11的間距越小，則磁性排斥力越大。松開螺桿螺母的連接，移動(dòng)第二基座2可以調(diào)節(jié)第二磁鐵11與第一磁鐵10的距離，使得磁性排斥力達(dá)到最合適的大小，當(dāng)磁性排斥力超過(guò)一定值時(shí)，壓電懸臂梁的振動(dòng)形式為雙穩(wěn)態(tài)振動(dòng)，壓電懸臂梁在雙穩(wěn)態(tài)振動(dòng)下，采集頻帶的寬度會(huì)得到提高，在低頻激勵(lì)下的輸出電壓也會(huì)得到提高。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種陣列式壓電磁耦合能量收集器，其特征在于:包括三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的壓電懸臂梁:第一壓電懸臂梁(A)、第二壓電懸臂梁(B)、第三壓電懸臂梁(C)，第一壓電懸臂梁(A)、第二壓電懸臂梁(B)、第三壓電懸臂梁(C)在水平方向上陣列排布，且壓電懸臂梁之間的距離小于壓電懸臂梁的寬度；壓電懸臂梁包括基底片(100)、第一壓電片(101)、第二壓電片(102)，第二壓電片(102)和第一壓電片(101)分別粘結(jié)在基底片(100)的上面和下面；三個(gè)壓電懸臂梁根部固定連接在第一基座(I)上，端部粘結(jié)有第一磁鐵(10);第二磁鐵(11)固定連接在第二基座(2)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列式壓電磁耦合能量收集器，其特征在于:所述第一磁鐵(10)與第二磁鐵(11)極性相反。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的陣列式壓電磁耦合能量收集器，其特征在于:所述第一基座(I)與第二基座(2)通過(guò)螺母螺桿連接，第一螺桿(7)和第二螺桿(8)穿過(guò)第一基座(I)槽型孔和第二基座(2)的圓孔，第一螺桿(7)上下端分別連接有第一螺母(3)和第二螺母(4)，第二螺桿(8)上下端分別連接有第三螺母(5)和第四螺母(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的陣列式壓電磁耦合能量收集器，其特征在于:所述第一壓電懸臂梁(A)的第一壓電片(101)上粘結(jié)有第一導(dǎo)線(50)，第一壓電懸臂梁(A)的第二壓電片(102)和第二壓電懸臂梁(B)的第一壓電片(101)上粘結(jié)有第二導(dǎo)線(51)，第二壓電懸臂梁(B)的第二壓電片(102)和第三壓電懸臂梁(C)的第一壓電片(101)上粘結(jié)有第三導(dǎo)線(52)，第三壓電懸臂梁(C)的第二壓電片(102)上粘結(jié)有第四導(dǎo)線(53)。
【專利摘要】一種陣列式壓電磁耦合能量收集器包括三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的壓電懸臂梁：第一壓電懸臂梁、第二壓電懸臂梁、第三壓電懸臂梁，第一壓電懸臂梁、第二壓電懸臂梁、第三壓電懸臂梁在水平方向上陣列排布，且壓電懸臂梁之間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于壓電懸臂梁的寬度。壓電懸臂梁包括基底片、第一壓電片、第二壓電片，第二壓電片和第一壓電片分別粘結(jié)在基底片的上面和下面。三個(gè)壓電懸臂梁根部固定連接在第一基座上，端部粘結(jié)有第一磁鐵。第二磁鐵固定連接在第二基座上。由于將三個(gè)壓電懸臂梁的電壓串聯(lián)輸出，可以有效提高輸出電壓，同時(shí)引入了非線性磁力作用，使得懸臂梁可以在雙穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下振動(dòng)，進(jìn)而提高了采集頻率的帶寬，并且在低頻范圍內(nèi)的激勵(lì)下也能有較高的輸出電壓。
【IPC分類】H02N2-18
【公開號(hào)】CN204498019
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520131897
【發(fā)明人】陳定方, 沈威, 李立杰, 陶孟侖, 劉紅俊
【申請(qǐng)人】武漢理工大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年3月9日