一种面向纵横双向激励的非线性压电发电装置的制作方法

本发明属于振动压电发电领域，涉及一种利用纵横单向激励源进行双向发电的压电发电装置。

背景技术：

近些年来硅谷产业快速发展，微机电系统（mems）、低功耗嵌入式技术等无线传感器技术越来越趋向于集成化、智能化、微型化。因此，对其供能产业也提出了更高的需求，但是由于传统供能产业一直停滞不前，电池供电的缺点也慢慢显现出来（容量小、寿命短、容易受环境限制、回收困难、易造成重金属污染），严重限制了无线传感技术的发展。所以，为了匹配新兴智能产业，我们需要探索新型俘能器，以满足供能需求。

探索新型俘能器已成为近几年来研究的热点，旨在克服化学电池所固有的弊端，实现绿色持续供能。基于此，利用发电机俘获周围环境能源则是我们的首要选择。例如：太阳能、风能、振动能等。众所周知，我们身处一个振动的世界里。振动能易获取、清洁方便、不受环境的限制，是一种重要的新型绿色能源。一般地，振动俘能器按照能量转换方式可分为压电式、静电式和电磁式。压电式发电机目前应用比较广泛，是利用正压电效应将机械振动能转化为电能，具有结构简单，输出能量密度大，无电磁干扰等特点，是一种重要的环境振动能俘获方式。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种面向纵横双向激励的非线性压电发电装置，可分别在纵向和横向环境振动源激励下的实现非线性压电发电，其结构新颖、操作简单、容易加工，可将机械振动能转化为电能。

为了实现上述目的，本发明公开了一种面向纵横双向激励的非线性压电发电装置，包括基座（1）、一对悬臂梁压电振子（2）和一对永磁铁（3）。所述悬臂梁压电振子（2）由压电陶瓷片（4）和支撑层（5）构成；所述一对悬臂梁压电振子（2）互为垂直的固定于基座（1）；所述一对永磁铁（3）分别固定于两个悬臂梁压电振子（2）自由端，形成同极相斥；所述压电陶瓷片（4）对称粘贴在支撑层（5）两侧；

本发明采用一对互为垂直的悬臂梁压电振子，可分别在纵向和横向环境振动源激励下的实现非线性振动压电发电。通过引入一对互为排斥的永磁铁，实现了一种单向激励引起双向振动的新型非线性压电发电方式，降低了装置的共振频率，有效的提高了压电发电能力。

附图说明

图1是本发明的三维结构图；

图2是本发明的二维结构图；

图3是纵向激励下的横向悬臂梁压电振子；

图4是横向激励下的纵向悬臂梁压电振子。

具体实施方式

下面结合附图通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

具体实施方式：本发明公开了一种面向纵横双向激励的非线性压电发电装置，包括基座（1）、悬臂梁压电振子（2）和永磁铁（3）。所述悬臂梁压电振子（2）由压电陶瓷片（4）和支撑层（5）构成；所述永磁铁（3）共有一对，分别固定于两个悬臂梁压电振子（2）自由端；所述一对悬臂梁压电振子（2）互为垂直安装，固定于基座（1），所述压电陶瓷片（4）对称粘贴在支撑层（5）上。

如图3所述纵向激励下的横向悬臂梁压电振子（2），在纵向激励下，横向悬臂梁压电振子会由于惯性产生弯曲振动，从而使压电材料发生变形，根据正压电效应原理，电极两个表面会积累电荷而输出电能；而此时，位于纵向悬臂梁压电振子自由端的永磁铁（4）也由于磁斥力作用产生弯曲振动，引起纵向悬臂梁压电振子产生非线性振动压电发电，以实现纵向激励下引起横向悬臂梁压电振子和纵向悬臂梁压电振子同时振动发电。

如图4所述横向激励下的横向悬臂梁压电振子（2），在横向激励下，纵向悬臂梁压电振子会由于惯性产生弯曲振动，从而使压电陶瓷片产生变形，根据正压电效应原理，电极两个表面会积累电荷而输出电能；而此时，位于横向悬臂梁压电振子自由端的永磁铁（4）也由于磁斥力作用产生弯曲振动，引起横向悬臂梁压电振子产生非线性振动发电，以实现横向激励下引起纵向悬臂梁压电振子和横向悬臂梁压电振子同时振动发电。

本发明提供了一种面向纵横双向激励的非线性压电发电装置，其结构新颖、操作简单、容易加工，可将机械振动能转化为电能进行发电；通过引入磁力作用，实现了一种单向激励引起双向振动的新型非线性压电发电方式，有效的提高了压电发电能力。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种面向纵横双向激励的非线性压电发电装置，可分别在纵向和横向激励下实现双向非线性振动压电发电。该装置包括基座、一对相互垂直安装的悬臂梁压电振子和一对永磁铁。所述基座用来固定悬臂梁压电振子，所述悬臂梁压电振子由支撑层和压电陶瓷片构成，所述压电陶瓷片对称粘贴在支撑层两侧，所述永磁铁固定于悬臂梁压电振子自由端。所述一对永磁铁由于相互磁力作用，引起纵（横）向压电振子产生非线性振动发电。本发明提供了一种由单向激励引起双向振动的新型非线性压电发电方式，可分别在在纵向和横向振动源激励下，实现机械振动能向电能的转化，能够满足低能耗电子产品的能量需求。本发明结构简单、方式新颖，可有效提高压电发电效率。

技术研发人员：宋汝君;王曼;杨小辉;杨先海;侯成伟
受保护的技术使用者：山东理工大学
技术研发日：2018.12.04
技术公布日：2019.03.08