一种异形梁压电能量回收装置

本实用新型涉及一种异形梁压电能量回收装置，具属于压电振动俘能及新能源开发技术领域。

背景技术：

近年来，随着无线传感器网络(wsn)在环境监测预测、家庭医疗、智能家居、城市智能交通等领域中的应用日益增多，给无线传感器提供长期稳定的电源一直是阻碍无线传感器网络发展进程的一个重要问题。化学电池的使用往往会限制无线传感器网络的广泛应用，因为设备中使用的电池有几个致命的缺点，如：寿命短，功率密度低，产生有害废物和维护成本高等。鉴于振动能在日常生活和工程实际中广泛存在、不易受地理和天气等因素的影响等原因，振动能量收集技术引起了研究者强烈的关注。通过俘获环境中的振动能量来为低功率微电子产品提供电能，可以有效解决传统化学电池能量密度小、需要定期更换或充电、污染环境等问题，因此通过压电振动能量回收装置俘获环境中振动能量的技术具有非常广阔的应用前景。近些年，国内外学者提出多种调谐结构以实现适时调整能量回收装置的谐振频率，例如：l形质量块结构、圆盘式结构、蒲公英状结构、磁力调谐结构、z形梁结构等，但上述结构的压电振动能量回收装置均不能实现连续调整能量回收装置共振频带和局部采集全频域，以及与多个方向低幅振动能量采集功能的结合。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种异形梁压电能量回收装置，具备使用简便，稳定性强、采集频域连续可调、多方向采集、在低频振动下宽频带采集的优点，解决了现有的振动能量收集装置采集方向单一、采集频带窄且难以连续调节、振动能量采集效率低的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种异形梁压电能量回收装置，包括底座、夹持装置和异形梁，其特征在于：所述夹持装置设置于底座的顶部，所述异形梁通过夹持装置固定于底座的顶部，所述底座顶部的左右两侧均开设有滑槽；

所述异形梁包括底梁、侧梁和顶梁，所述侧梁和底梁均设置有两组，所述侧梁相对的一侧和顶梁的顶部均通过导电胶粘贴有压电片，所述顶梁中间位置的顶部和底部均通过胶水粘贴有第一质量块，所述侧梁左右两侧顶部均通过胶水对称粘接有第二质量块；

所述夹持装置包括垫片、下夹板、上夹板和螺栓，所述垫片的顶部与底座的底部相接触，所述下夹板活动连接于底座的顶部，所述下夹板的顶部与底梁的底部相接触，所述底梁的顶部与上夹板的底部相接触，所述螺栓的一端依次贯穿垫片、滑槽、下夹板、底梁和上夹板且通过螺纹连接有螺母。

优选的，所述夹持装置设置有两组，所述垫片、滑槽、下夹板、上夹板、螺栓和螺母均对称设有两组，所述压电片设置有四组，所述第一质量块设置有两组，所述第二质量块设置有四组。

优选的，所述异形梁是由一整片采用h60黄铜材料的矩形梁弯折而成，所述底梁与侧梁之间夹角为45度，所述侧梁与顶梁之间夹角为125度，所述顶梁设置成拱形。

优选的，所述压电片的材料采用pzt-5h压电陶瓷片，所述压电片的两极面均焊接有导线，所述第一质量块与第二质量块的材料均为不锈钢材质。

优选的，所述垫片、上夹板和下夹板均采用亚克力材料，且尺寸可根据实际应用需求进行选取，所述螺栓与螺母均采用标准件。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

1、本实用新型通过垫片、滑槽、下夹板、上夹板、螺栓和螺母的配合，通过改变螺栓在滑槽内的位置，实现了对异形梁结构弯曲的折角大小，即底梁与侧梁和侧梁与顶梁之间的夹角，从而实现了对应用在不同激励状态采集有效频域的调节，极大的提高了振动能量采集效率，且安装方便稳定可靠。

2、本实用新型通过设置异形梁结构，实现了两个方向振动能量采集，同时实现了低幅振动环境能量的高效率采集，局部实现了两自由度振动压电能量收集，极大地拓宽了采集频带，提高了能量采集效率，异形梁结构为矩形梁弯折而成，采用一体化设计，结构紧凑、安装方便、稳定可靠，通过设置上夹板与下夹板，使得较薄的异形梁结构在安装、调节和正常工作时不易变形，也方便了安装与固定。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型的主视剖视图；

图3为本实用新型的右视视图。

图中：1第一质量块、2压电片、3第二质量块、4滑槽、5底座、6夹持装置、7异形梁、8垫片、9下夹板、10上夹板、11螺母、12螺栓、13底梁、14侧梁、15顶梁。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-3，一种异形梁压电能量回收装置，包括底座5、夹持装置6和异形梁7，异形梁7结构为矩形梁弯折而成，一体化设计，结构紧凑、安装方便、稳定可靠，夹持装置6设置于底座5的顶部，异形梁7通过夹持装置6固定于底座5的顶部，底座5顶部的左右两侧均开设有滑槽4，滑槽4对异形梁7折角大小的调节来实现对能量回收装置的有效采集频率调节，异形梁7包括底梁13、侧梁14和顶梁15，侧梁14和底梁13均设置有两组，侧梁14相对的一侧和顶梁15的顶部均通过导电胶粘贴有压电片2，顶梁15中间位置的顶部和底部均通过胶水粘贴有第一质量块1，侧梁14左右两侧顶部均通过胶水对称粘接有第二质量块3，夹持装置6包括垫片8、下夹板9、上夹板10和螺栓12，上夹板10和下夹板9使得较薄的异形梁7结构在安装、调节和正常工作时不易变形，垫片8的顶部与底座5的底部相接触，下夹板9活动连接于底座5的顶部，下夹板9的顶部与底梁13的底部相接触，底梁13的顶部与上夹板10的底部相接触，螺栓12的一端依次贯穿垫片8、滑槽4、下夹板9、底梁13和上夹板10且通过螺纹连接有螺母11。

夹持装置6设置有两组，垫片8、滑槽4、下夹板9、上夹板10、螺栓12和螺母11均对称设有两组，压电片2设置有四组，第一质量块1设置有两组，第二质量块3设置有四组，异形梁7是由一整片采用h60黄铜材料的矩形梁弯折而成，底梁13与侧梁14之间夹角为45度，侧梁14与顶梁15之间夹角为125度，顶梁15设置成拱形，压电片2的材料采用pzt-5h压电陶瓷片，压电片2的两极面均焊接有导线，第一质量块1与第二质量块3的材料均为不锈钢材质，垫片8、上夹板10和下夹板9均采用亚克力材料，且尺寸可根据实际应用需求进行选取，螺栓12与螺母11均采用标准件。

使用时，首先将四组压电片2分别粘贴于侧梁14相对的一侧和顶梁15顶部，然后将两组第一质量块1对称粘贴于顶梁15中间位置的顶部和底部，接着将四组第二质量块3对称粘贴于侧梁14左右两侧的顶部，第一质量块1与第二质量块3具有振动放大的效果，其大小可根据实际需要调整，底梁13两端的距离可以根据具体使用的振动环境，由夹持装置6与滑槽4的配合来调整，使收集装置的频带适应振动环境，从而极大的提高了能量的采集效率，最后将底座5固定在振动的应用对象上。

能量收集器工作时，底座5和夹持装置6具有较大的刚度，夹持装置6通过底座5的传导可在左右和上下振动激励的作用下进行振动，进而带动异形梁7振动，经实验验证，第一质量块1和第二质量块3对振动具有放大作用，通过异形梁7的振动，迫使压电片2受力变形产生电能，能够将环境中的振动能转化为电能，从而实现能量回收装置的压电振动能量采集功能。

综上所述：该一种异形梁压电能量回收装置通过第一质量块1、压电片2、第二质量块3、滑槽4、底座5、夹持装置6、异形梁7、垫片8、下夹板9、上夹板10、螺母11、螺栓12、底梁13、侧梁14和顶梁15的配合，解决了现有的振动能量收集装置采集方向单一、采集频带窄且难以连续调节、振动能量采集效率低的问题。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。