一种预应力铰支梁压电发电结构的制作方法

本实用新型属于压电发电领域，具体涉及一种预应力铰支梁压电发电结构。

背景技术：

随着微机电系统（MEMS）、低功耗无线传感器网络技术的发展以及它们在航空航天、海底探测、军工医疗、野外无人监测等领域的应用，利用环境能量的自供电微能源装置受到广泛关注。传统化学电池结构尺寸较大，使用寿命有限，需要及时更换，不适合应用在特殊环境下分布式传感器中。太阳能电池环境适应能力差，不适合用于没有长时间光照的场合。压电发电装置因具有结构简单、易于集成、环境适应能量强和功率密度大等优点，适用于分布式低功耗无线传感器网络节点自供电。而传统压电自发电装置共振频率较高，环境振动频率却一般较低，如果压电发电装置不能在共振频率下工作，则发电效率低，无法满足传感器需要。因此，越来越多的预应力调频机构被应用到压电发电领域，使得压电振子共振频率可以降低到适合环境振动的频率。然而，目前大多数机械式预应力调频针对压电悬臂梁或两端固支梁，实施方案较为复杂。本实用新型提出一种利用限位外框的预应力铰支梁，其结构简单，俘能效率也明显提高。

技术实现要素：

为了解决目前压电发电装置大多仅适用于高频环境振动且工作频带较窄的问题和某些预应力式压电悬臂梁和压电固支梁结构复杂的问题。提出一种预应力铰支梁压电发电结构。所述预应力铰支梁压电发电装置包括弹性基板、压电片和限位外框。其中：所述弹性基板安装在限位外框内，通过尺寸关系形成预应力结构。弹性基板和压电片组成的压电梁在限位外框的铰支状态下振动，其限位外框既起到了支撑作用也起到了施加预应力作用。解决了目前大多数压电发电装置只适用于高频振动且俘能效率低的问题，且相比于在传统压电悬臂梁或两端固支压电梁上施加预应力，此结构具有结构简单和俘能效率更好的优点。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型一种预应力铰支梁压电发电结构，包括：弹性基板和压电片，其特征在于还包括带限位槽的限位外框，其中：所述弹性基板为一矩形薄片类构件；所述压电片为一矩形薄片类压电发电片；所述压电片粘贴在弹性基板上表面正中；所述限位外框为一矩形外框，其第一内表面上布置有第一安装槽，其第二内表面上布置有第二安装槽；所述第一安装槽和第二安装槽形状尺寸大小相同；所述第一安装槽槽底宽大于一种预应力铰支梁压电发电结构弹性基板厚度，其槽底长大于弹性基板宽度；所述第一安装槽槽底平面到第二安装槽槽底平面的距离小于弹性基板总长度；所述弹性基板长度方向两端分别安装在限位外框上第一安装槽和第二安装槽内。

所述压电片上表面正中布置质量块，增加振动过程中的振幅，可有效增加输出性能。

工作时，通过调节弹性基板与限位外框安装槽的尺寸关系，形成不同预应力大小的铰支梁压电发电结构。弹性基板和压电片组成的压电梁在限位外框的铰支状态下振动，其限位外框既起到了支撑作用也起到了施加预应力作用。解决了目前大多数压电发电装置只适用于高频振动且俘能效率低的问题，且相比于在传统压电悬臂梁或两端固支压电梁上施加预应力，此结构具有结构简单和俘能效率更好的优点。

附图说明

图1是本实用新型一种预应力铰支梁压电发电结构装配示意图。

图2是本实用新型一种预应力铰支梁压电发电结构的限位外框剖视图。

具体实施方式

参照图1和图2，本实用新型一种预应力铰支梁压电发电结构由弹性基板1、压电片2和限位外框3组成，其中：

所述弹性基板1为一矩形薄片类构件；所述压电片2为一矩形薄片类压电发电片；所述压电片2粘贴在弹性基板1上表面正中；所述限位外框3为一矩形外框，其第一内表面31上布置有第一安装槽311，其第二内表面32上布置有第二安装槽321；所述第一安装槽311和第二安装槽321形状尺寸大小相同；所述第一安装槽311槽底宽大于弹性基板1厚度，其槽底长大于弹性基板1宽度；所述第一安装槽311槽底平面到第二安装槽321槽底平面的距离小于弹性基板1总长度；所述弹性基板1长度方向两端分别安装在限位外框3上第一安装槽311和第二安装槽321内。

工作时，通过调节弹性与限位外框安装槽的尺寸关系，形成不同预应力大小的铰支梁压电发电结构。弹性基板和压电片组成的压电梁在限位外框的铰支状态下振动，其限位外框既起到了支撑作用也起到了施加预应力作用。解决了目前大多数压电发电装置只适用于高频振动且俘能效率低的问题，且相比于在传统压电悬臂梁或两端固支压电梁上施加预应力，此结构具有结构简单和俘能效率更好的优点。