阵列式压电磁耦合能量收集器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种能量收集装置，具体涉及一种阵列式压电磁耦合能量收集器。
【背景技术】
[0002]在过去的十年中，微电子器件在运行时消耗的功率越来越小，于是国内外专家开始研宄能量收集器，它可以收集周围环境振动能量来实现微电子器件自供能，比如海嘯预警传感器、桥梁和建筑结构中安全诊断传感器，这些微电子器件通常利用传统的电池供电，但是传统的化学电池存在寿命短、体积大等问题，而能量收集器具有寿命长、体积小、能量密度高等优点，可替代传统电池为微电子器件供电。将振动能量转化为电能的方式一般有电磁式、压电式和静电式三种类型，相对于静电式和电磁式，压电式振动能量收集器具有结构简单、能量转换效率高等优点，受到了越来越广泛的重视。
[0003]目前，压电能量收集器主要采用的是悬臂梁式振动能量收集器，因为悬臂梁结构具有刚度低、高灵敏度、容易通过微细加工等优点。环境振源的频率一般较低，为了提高悬臂梁式能量收集器的发电效率，尤其为了适应低频环境，国内外学者做了大量研宄，设计了双稳态压电能量收集器，提高了采集频率的频带宽，并且也适用于低频环境，但其单悬臂梁的结构还是存在输出电压较低的不足。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是提供一种阵列式压电磁耦合能量收集器，能够提高输出电压，在低频范围内的激励下也能有较高的机电能量转换效率，并且其结构简单、易于加工。
[0005]为实现上述目的，本实用新型的技术方案为:
[0006]本实用新型包括三个结构相同的压电悬臂梁:第一压电悬臂梁、第二压电悬臂梁、第三压电悬臂梁，第一压电悬臂梁、第二压电悬臂梁、第三压电悬臂梁在水平方向上阵列排布，且压电悬臂梁之间的距离小于压电悬臂梁的宽度。压电悬臂梁包括基底片、第一压电片、第二压电片，第二压电片和第一压电片分别粘结在基底片的上面和下面。三个压电悬臂梁根部固定连接在第一基座上，端部粘结有第一磁铁。第二磁铁固定连接在第二基座上。
[0007]按上述方案，所述第一磁铁与第二磁铁极性相反。
[0008]按上述方案，所述第一基座与第二基座通过螺母螺杆连接，第一螺杆和第二螺杆穿过第一基座槽型孔和第二基座的圆孔，第一螺杆上下端分别连接有第一螺母和第二螺母，第二螺杆上下端分别连接有第三螺母和第四螺母。
[0009]按上述方案，所述第一压电悬臂梁的第一压电片上粘结有第一导线，第一压电悬臂梁的第二压电片和第二压电悬臂梁的第一压电片上粘结有第二导线，第二压电悬臂梁的第二压电片和第三压电悬臂梁的第一压电片上粘结有第三导线，第三压电悬臂梁的第二压电片上粘结有第四导线。
[0010]本实用新型的有益效果是:将三个压电悬臂梁的电压串联输出，可以有效提高输出电压，同时引入了非线性磁力作用，使得悬臂梁可以在双稳态状态下振动，进而提高了采集频率的带宽，并且在低频范围内的激励下也能有较高的输出电压。
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型结构立体示意图。
[0012]图2为本实用新型结构仰视示意图。
[0013]图3为本实用新型结构正视示意图。
[0014]图4为本实用新型第一基座的结构示意图。
[0015]图5为本实用新型第二基座的结构示意图。
[0016]图6为本实用新型的电路连接示意图。
[0017]图中: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.第一螺杆，8.第二螺杆，10.第一磁铁，11.第二磁铁，50.第一导线，51.第二导线，52.第三导线，53.第四导线，100.基底片，101.第一压电片，102.第二压电片，A.第一压电悬臂梁，B.第二压电悬臂梁，C.第三压电悬臂梁。
【具体实施方式】
[0018]如图1、图2、图3、图4、图5所示，本实用新型包括三个结构相同的压电悬臂梁:第一压电悬臂梁A、第二压电悬臂梁B、第三压电悬臂梁C，第一压电悬臂梁A、第二压电悬臂梁B、第三压电悬臂梁C在水平方向上阵列排布，且压电悬臂梁之间的距离小于压电悬臂梁的宽度。压电悬臂梁包括基底片100、第一压电片101、第二压电片102，第二压电片102和第一压电片101分别粘结在基底片100的上面和下面。三个压电悬臂梁根部固定连接在第一基座I上，端部粘结有第一磁铁10。第二磁铁11固定连接在第二基座2上。
[0019]第一磁铁10与第二磁铁11极性相反。
[0020]第一基座I与第二基座2通过螺母螺杆连接，第一螺杆7和第二螺杆8穿过第一基座I槽型孔和第二基座2的圆孔，第一螺杆7上下端分别连接有第一螺母3和第二螺母4，第二螺杆8上下端分别连接有第三螺母5和第四螺母6。
[0021]压电悬臂梁中的第一压电片101和第二压电片102的材料为压电陶瓷，基底片100的材料为铜。
[0022]如图6所示，第一压电悬臂梁(A)的第一压电片(101)上粘结有第一导线(50)，第一压电悬臂梁(A)的第二压电片(102)和第二压电悬臂梁(B)的第一压电片(101)上粘结有第二导线(51)，第二压电悬臂梁(B)的第二压电片(102)和第三压电悬臂梁(C)的第一压电片(101)上粘结有第三导线(52)，第三压电悬臂梁(C)的第二压电片(102)上粘结有第四导线(53) ο
[0023]本实用新型的工作原理如下:
[0024]当出现沿X轴方向的外界激励时，激励通过第一基座I传递给第一压电悬臂梁A、第二压电悬臂梁B、第三压电悬臂梁C，引起三个压电悬臂梁的振动，同时，第二磁铁11与第一磁铁10相斥，所以三个压电悬臂梁端部会受到排斥力。
[0025]压电悬臂梁振动时，由于电压效应，上下压电片产生电势差，利用第一导线50、第二导线51、第三导线52、第四导线53将三个压电悬臂梁串联连接，使得输出电压比单个压电悬臂梁输出电压提高三倍左右，最终总的电流通过第一导线50和第四导线53输出。
[0026]第一磁铁10与第二磁铁11的间距越小，则磁性排斥力越大。松开螺杆螺母的连接，移动第二基座2可以调节第二磁铁11与第一磁铁10的距离，使得磁性排斥力达到最合适的大小，当磁性排斥力超过一定值时，压电悬臂梁的振动形式为双稳态振动，压电悬臂梁在双稳态振动下，采集频带的宽度会得到提高，在低频激励下的输出电压也会得到提高。
【主权项】
1.一种阵列式压电磁耦合能量收集器，其特征在于:包括三个结构相同的压电悬臂梁:第一压电悬臂梁(A)、第二压电悬臂梁(B)、第三压电悬臂梁(C)，第一压电悬臂梁(A)、第二压电悬臂梁(B)、第三压电悬臂梁(C)在水平方向上阵列排布，且压电悬臂梁之间的距离小于压电悬臂梁的宽度；压电悬臂梁包括基底片(100)、第一压电片(101)、第二压电片(102)，第二压电片(102)和第一压电片(101)分别粘结在基底片(100)的上面和下面；三个压电悬臂梁根部固定连接在第一基座(I)上，端部粘结有第一磁铁(10);第二磁铁(11)固定连接在第二基座(2)上。
2.根据权利要求1所述的阵列式压电磁耦合能量收集器，其特征在于:所述第一磁铁(10)与第二磁铁(11)极性相反。
3.根据权利要求1或2所述的阵列式压电磁耦合能量收集器，其特征在于:所述第一基座(I)与第二基座(2)通过螺母螺杆连接，第一螺杆(7)和第二螺杆(8)穿过第一基座(I)槽型孔和第二基座(2)的圆孔，第一螺杆(7)上下端分别连接有第一螺母(3)和第二螺母(4)，第二螺杆(8)上下端分别连接有第三螺母(5)和第四螺母(6)。
4.根据权利要求3所述的阵列式压电磁耦合能量收集器，其特征在于:所述第一压电悬臂梁(A)的第一压电片(101)上粘结有第一导线(50)，第一压电悬臂梁(A)的第二压电片(102)和第二压电悬臂梁(B)的第一压电片(101)上粘结有第二导线(51)，第二压电悬臂梁(B)的第二压电片(102)和第三压电悬臂梁(C)的第一压电片(101)上粘结有第三导线(52)，第三压电悬臂梁(C)的第二压电片(102)上粘结有第四导线(53)。
【专利摘要】一种阵列式压电磁耦合能量收集器包括三个结构相同的压电悬臂梁：第一压电悬臂梁、第二压电悬臂梁、第三压电悬臂梁，第一压电悬臂梁、第二压电悬臂梁、第三压电悬臂梁在水平方向上阵列排布，且压电悬臂梁之间的距离远远小于压电悬臂梁的宽度。压电悬臂梁包括基底片、第一压电片、第二压电片，第二压电片和第一压电片分别粘结在基底片的上面和下面。三个压电悬臂梁根部固定连接在第一基座上，端部粘结有第一磁铁。第二磁铁固定连接在第二基座上。由于将三个压电悬臂梁的电压串联输出，可以有效提高输出电压，同时引入了非线性磁力作用，使得悬臂梁可以在双稳态状态下振动，进而提高了采集频率的带宽，并且在低频范围内的激励下也能有较高的输出电压。
【IPC分类】H02N2-18
【公开号】CN204498019
【申请号】CN201520131897
【发明人】陈定方, 沈威, 李立杰, 陶孟仑, 刘红俊
【申请人】武汉理工大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年3月9日