一种压电式多方向振动能量采集器的制作方法

本实用新型属于新能源和发电技术领域，具体涉及一种压电式多方向振动能量采集器，用于低频、大振幅、多方向的振动能量采集。

背景技术：

利用压电陶瓷材料回收环境振动能量的微小型发电装置已经成为国内外持续多年的研究热点。压电式振动能量采集器成功开发与利用，不仅可以解决便携式微功率电子产品以及远程埋植传感监测系统的供电问题，还有助于减少大量废弃电池污染环境和生产电池所造成的资源浪费问题。针对环境振动特点及应用目的的不同，目前国内外均已提出了较多类型的压电能量采集器。但由于压电陶瓷为脆性材料，且其所构成的压电振子具有变形方向单一和谐振频率较高的特点，因此现有压电能量采集器在振动环境的适应能力、可靠性及能量转换效率等方面还有较大的局限性。

众所周知，对于压电式振动能量采集器，仅当压电振子固有频率与环境振动频率相等时才能达到较高的发电能力和能量转换效率。但因压电振子自身的谐振频率较高，通常为几百、甚至几千赫兹，而环境振动频率一般为十几赫兹、甚至仅有几赫兹，因此直接利用压电振子收集环境振动能量的效果并不显著。为降低压电振子的固有频率，目前采用的方法是在悬臂梁压电振子端部或圆形压电振子中心处安装集中惯性块，其弊端是当所安装的惯性块较大时，即使在非工作状态时压电振子就已产生较大变形，工作中极易因变形过大而损毁。另一方面，现实中非结构环境下的振源具有多方向性、且其振动方向和振幅大小还具时变性。因此，针对现有的振动能量回收结构只对单一方向敏感、振动能量回收效率不高等缺陷，本实用新型提出一种压电式多方向振动能量采集器。

技术实现要素：

本实用新型提供一种压电式多方向振动能量采集器，以解决现有压电材料发电装置固有频率高、大振幅振动损毁、无法收集多方向振动能量等问题。

本实用新型采用的实施方案是：一种压电式多方向振动能量采集器，包括外壳、质量块、具有弹性的预弯金属条、永磁铁和圆形压电振子；外壳为中空的立方体结构；圆形压电振子用螺钉固定在所述的外壳上；所述圆形压电振子由金属基板和压电晶片粘接而成，其中心靠近压电晶片端粘接有永磁铁；外壳各顶点分别固定有具有弹性的预弯金属条，所述的具有弹性的预弯金属条的另一端连接有质量块；所述的质量块为立方体结构，其各面分别镶嵌永磁铁；所述圆形压电振子靠近压电晶片端的永磁铁与镶嵌在质量块上的永磁铁同性磁极相对安装。

上述永磁体为圆柱体结构或长方体结构。

在本实用新型中，一个外壳、靠近压电晶片端中心位置安装有永磁铁的圆形压电振子、一个镶嵌有永磁铁的质量块、八个将质量块顶点和外壳顶点相连接的具有弹性的预弯金属条共同构成发电装置。在自然状态下，质量块在预弯金属条的作用下处于平衡状态，圆形压电振子处于自然状态，即不受外力作用、不产生形变。当装置受外界任一方向振动时，质量块的位置即发生变化，永磁铁之间的相互力作用使得压电振子产生弯曲变形，从而将机械能转换成电能。

本实用新型的特点及优势在于，利用具有弹性的预弯金属条牵引质量块使得一对永磁铁相互作用的方法激励压电振子，可实现任意方向及低频振动能量回收，且具有高可靠性、高能量效率的特点：①环境中任意方向的振动都可引起质量块的相对运动，质量块位置变化使永磁铁之间相互作用，从而使圆形压电振子产生弯曲变形、并将机械能转换成电能；②质量块自身的重力作用在预弯金属条上，其质量的大小对压电振子的振动特性无直接影响，可采用较大质量块降低发电装置的固有频率，从而实现低频振动能量回收；③振动的激振力由质量块上永磁铁的磁力变化所提供，压电振子不至于因振幅过大而损毁、可靠性高。

附图说明

图1是本实用新型一个较佳实施例中能量采集器的结构剖面示意图；

图2是本实用新型中具有弹性的预弯金属条的结构示意图。

具体实施方式：

本实用新型采用的实施方案是：一种压电式多方向振动能量采集器，包括外壳1、质量块5、具有弹性的预弯金属条4、永磁铁3和圆形压电振子2；外壳1为中空的立方体结构；圆形压电振子2分别用螺钉固定在所述的外壳1的各个面上；所述圆形压电振子2由金属基板201和压电晶片202粘接而成，其中心靠近压电晶片202端粘接有永磁铁；外壳1各顶点分别固定有具有弹性的预弯金属条4，所述的具有弹性的预弯金属条4的另一端连接有质量块5；所述的质量块5为立方体结构，其各面分别镶嵌永磁铁6；所述圆形压电振子2靠近压电晶片202端的永磁铁3与镶嵌在质量块5上的永磁铁6同性磁极相对安装。

在自然状态下，质量块5在预弯金属条4的作用下处于平衡状态，圆形压电振子2处于自然状态，即不受外力作用、不产生形变。当装置受外界任一方向振动时，质量块5的位置即发生变化，圆形压电振子2上粘接的永磁铁3和镶嵌在质量块5上的永磁铁6之间的相互作用使得压电振子2产生弯曲变形，从而将机械能转换成电能。