一种压电式能量采集器及压电式能量采集方法_3

文档序号:9219400阅读:来源:国知局
110)的第二端连接第二金属电极(109);
[0065] 第一金属电极(108)和负载(113)的第一端通过第二导线(111)连接;第二横梁 (103)电连接第三导线(112)的第一端,第三导线(112)的第二端连接负载(113)的第二 端;
[0066] 第一横梁(102)和第二横梁(103)均为绝缘体,其中,第一横梁(102)背离第二横 梁(103)的一侧通过第三金属电极(114)电连接第一压电层(106),第一横梁(102)背离第 二横梁(103)的一侧通过第三金属电极(114)电连接第一导线(110)的第一端,第二横梁 (103)靠近第一横梁(102)的一侧通过第四金属电极(115)电连接第二压电层(107),第二 横梁(103)靠近第一横梁(102)的一侧通过第四金属电极(115)电连接第三导线(112)的 AA- 上山 弟-顺。
[0067] 本发明实施例中,第一金属电极位于第一压电层的上方,第三金属电极位于第一 压电层的下方且连接第一横梁;第二金属电极位于第二压电层的上方,第四金属电极位于 第二压电层的下方且连接第二横梁。
[0068] 其中,第三金属电极可以为金属铜片,优选的,第三金属电极的金属铜片面积大于 第一压电层面积的一半,第三金属电极的金属铜片长度小于或等于第一压电层的长度且第 三金属电极的金属铜片宽度小于或等于第一压电层的宽度,以使第三金属电极的金属铜片 与第一压电层的接触面积尽可能大;第四金属电极可以为金属铜片,优选的,第四金属电极 的金属铜片面积大于第二压电层面积的一半,第四金属电极的金属铜片长度小于或等于第 二压电层的长度且第四金属电极的金属铜片宽度小于或等于第二压电层的宽度,以使第四 金属电极的金属铜片与第二压电层的接触面积尽可能大。
[0069] 本发明实施例中,设定第一压电层和第二压电层的极化方向相同,如图10所示, 举例来说,当第一压电层(106)受到垂直于第一压电层(106)的压力,且第二压电层(107) 受到垂直于第二压电层(107)的压力时,第一压电层(106)与第二压电层(107)表面均产 生电荷,此时第一压电层(106)上表面产生的电荷极性与第二压电层(107)上表面产生的 电荷极性相同,第一压电层(106)下表面产生的电荷极性与第二压电层(107)下表面产生 的电荷极性相同,即第一压电层(106)和第二压电层(107)的极化方向相同。当第一压电 层(106)和第二压电层(107)的极化方向相同时,保证负载(113)上的电压最大,能够最大 化将振动能转化为电能,提高振动能的能量采集效率。
[0070] 请参阅图11,图11是本发明实施例公开的另一种压电式能量采集器,如图11所 示,本实施例中所描述的压电式能量采集器,包括:
[0071]振动台(101),固定连接第一横梁(102)的第一端和第二横梁(103)的第一端;
[0072]第一横梁(102)背离第二横梁(103)的一侧上固定连接第一质量块(104),第一横 梁(102)背离第二横梁(103)的一侧电连接第一压电层(106),第一压电层(106)上固定 第一金属电极(108),第二横梁(103)背离第一横梁(102)的一侧上固定连接第二质量块 (105),第二横梁(103)靠近第一横梁(102)的一侧电连接第二压电层(107),第二压电层 (107)上固定连接第二金属电极(109),第一横梁(102)电连接第一导线(110)的第一端, 第一导线(110)的第二端连接第二金属电极(109);
[0073] 第一金属电极(108)和负载(113)的第一端通过第二导线(111)连接;第二横梁 (103)电连接第三导线(112)的第一端,第三导线(112)的第二端连接负载(113)的第二 端;
[0074] 第一横梁(102)为导体,第二横梁(103)为绝缘体,其中,第二横梁(103)靠近第 一横梁(102)的一侧通过第四金属电极(115)电连接第二压电层(107),第二横梁(103)靠 近第一横梁(102)的一侧通过第四金属电极(115)电连接第三导线(112)的第一端。
[0075] 本发明实施例中,第二金属电极位于第二压电层的上方,第四金属电极位于第二 压电层的下方且连接第二横梁。
[0076] 其中,第四金属电极可以为金属铜片,优选的,第四金属电极的金属铜片面积大于 第二压电层面积的一半,第四金属电极的金属铜片长度小于或等于第二压电层的长度且第 四金属电极的金属铜片宽度小于或等于第二压电层的宽度,以使第四金属电极的金属铜片 与第二压电层的接触面积尽可能大。
[0077] 本发明实施例中,设定第一压电层和第二压电层的极化方向相同,如图11所示, 举例来说,当第一压电层(106)受到垂直于第一压电层(106)的压力,且第二压电层(107) 受到垂直于第二压电层(107)的压力时,第一压电层(106)与第二压电层(107)表面均产 生电荷,此时第一压电层(106)上表面产生的电荷极性与第二压电层(107)上表面产生的 电荷极性相同,第一压电层(106)下表面产生的电荷极性与第二压电层(107)下表面产生 的电荷极性相同,即第一压电层(106)和第二压电层(107)的极化方向相同。当第一压电 层(106)和第二压电层(107)的极化方向相同时,保证负载(113)上的电压最大,能够最大 化将振动能转化为电能,提高振动能的能量采集效率。
[0078] 请参阅图12,图12是本发明实施例公开的另一种压电式能量采集器,如图12所 示,本实施例中所描述的压电式能量采集器,包括:
[0079] 振动台(101),固定连接第一横梁(102)的第一端和第二横梁(103)的第一端;
[0080] 第一横梁(102)背离第二横梁(103)的一侧上固定连接第一质量块(104),第一横 梁(102)背离第二横梁(103)的一侧电连接第一压电层(106),第一压电层(106)上固定 第一金属电极(108),第二横梁(103)背离第一横梁(102)的一侧上固定连接第二质量块 (105),第二横梁(103)靠近第一横梁(102)的一侧电连接第二压电层(107),第二压电层 (107)上固定连接第二金属电极(109),第一横梁(102)电连接第一导线(110)的第一端, 第一导线(110)的第二端连接第二金属电极(109);
[0081] 第一金属电极(108)和负载(113)的第一端通过第二导线(111)连接;第二横梁 (103)电连接第三导线(112)的第一端,第三导线(112)的第二端连接负载(113)的第二 端;
[0082] 第一横梁(102)为绝缘体,第二横梁(103)为导体,其中,第一横梁(102)背离第 二横梁(103)的一侧通过第三金属电极(114)电连接第一压电层(106),第一横梁(102)背 离第二横梁(103)的一侧通过第三金属电极(114)电连接第一导线(110)的第一端。
[0083] 本发明实施例中,第一金属电极位于第一压电层的上方,第三金属电极位于第一 压电层的下方且连接第一横梁。
[0084] 其中,第三金属电极可以为金属铜片,优选的,第三金属电极的金属铜片面积大于 第一压电层面积的一半,第三金属电极的金属铜片长度小于或等于第一压电层的长度且第 三金属电极的金属铜片宽度小于或等于第一压电层的宽度,以使第三金属电极的金属铜片 与第一压电层的接触面积尽可能大。
[0085] 本发明实施例中,设定第一压电层和第二压电层的极化方向相同,如图12所示, 举例来说,当第一压电层(106)受到垂直于第一压电层(106)的压力,且第二压电层(107) 受到垂直于第二压电层(107)的压力时,第一压电层(106)与第二压电层(107)表面均产 生电荷,此时第一压电层(106)上表面产生的电荷极性与第二压电层(107)上表面产生的 电荷极性相同,第一压电层(106)下表面产生的电荷极性与第二压电层(107)下表面产生 的电荷极性相同,即第一压电层(106)和第二压电层(107)的极化方向相同。当第一压电 层(106)和第二压电层(107)的极化方向相同时,保证负载(113)上的电压最大,能够最大 化将振动能转化为电能,提高振动能的能量采集效率。
[0086] 请参阅图2,图2是本发明实施例公开的一种基于压电式能量采集器的压电式能 量采集方法的流程图。如图2所示,本实施例中所描述的压电式能量采集方法,包括:
[0087] S201、测量第一振动系统的第一固有频率;第一振动系统包括第一横梁、第一质量 块以及第一压电层。
[0088] 本发明实施例中,第一横梁本身有一个固有频率,第一横梁、第一质量块以及第一 压电层组成的第一振动系统也有一个固有频率,由于第一振动系统的第一固有频率的平方 与整个系统的质量成反比例关系,第一振动系统的固有频率小于第一横梁的固有频率,可 以通过改变第一质量块的质量来调节第一振动系统的固有频率。第一振动系统的固有频率 可以通过扫频测得,具体来说,可以通过测量第一振动系统在不同外加频率下的振幅,将第 一振动系统的振幅最大值所对应的外加频率作为第一振动系统的固有频率。
[0089] S202、测量第二振动系统的第二固有频率;第一振动系统包括第二横梁、第二质量
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