一种宽频悬臂梁振动能量收集装置的制作方法

本发明涉及能量转化及收集领域，具体涉及一种宽频悬臂梁振动能量收集装置。

背景技术：

振动能量是自然界中常见的能量形式。常用的振动能量采集装置有膜式、钹式、悬臂梁式。由于悬臂梁式振动能量采集具有结构简单、容易实现的优点，即使在较低的振动频率下也能保证高输出功率，所以悬臂梁式能量采集装置在振动能量采集中被广泛的关注。传统悬臂梁式振动能量采集装置的频带窄，降低了振动能量采集的效率。

技术实现要素：

为解决以上问题，本发明提供了一种宽频悬臂梁振动能量收集装置，包括：振源、连接部、悬臂梁、粘附条、压电材料块、质量块；连接部固定在振源上，悬臂梁的一端固定在连接部上，悬臂梁上设有粘附条，粘附条与所述悬臂梁不垂直，压电材料块设置在悬臂梁顶面上靠近固定端的部位，压电材料块与外部能量采集电路连接，质量块设置在悬臂梁顶面靠近自由端的部位。

更进一步地，粘附条为相互平行的多条。

更进一步地，每条粘附条为长方体形。

更进一步地，沿悬臂梁的固定端至自由端方向，粘附条的宽度逐渐减小。

更进一步地，沿所述悬臂梁的固定端至自由端方向，粘附条的长度逐渐减小。

更进一步地，沿悬臂梁的固定端至自由端方向，粘附条的厚度逐渐减小。

更进一步地，粘附条的材料为弹性材料。

更进一步地，悬臂梁的材料为铝合金、硅、半导体材料、金刚石。

更进一步地，压电材料块的材料为压电陶瓷或聚偏氟乙烯。

更进一步地，连接部与振源之间采用螺栓连接，连接部的材料为铜。

本发明的有益效果：本发明提供了一种宽频悬臂梁振动能量收集装置，连接部固定在振源上，悬臂梁的一端固定在连接部上，悬臂梁上设有粘附条，粘附条与所述悬臂梁不垂直，压电材料块设置在悬臂梁顶面上靠近固定端的部位，压电材料块与外部能量采集电路连接，质量块设置在悬臂梁顶面靠近自由端的部位。本发明应用粘附条改变悬臂梁的杨氏模量分布，应用具有各向异性的杨氏模量，在垂直于悬臂梁方向上加强了材料之间的耦合，从而使得悬臂梁的振动频率加宽，从而实现宽频振动能量收集，在振动能量收集领域具有重要的应用价值。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是一种宽频悬臂梁振动能量收集装置的示意图。

图2是又一种宽频悬臂梁振动能量收集装置的示意图。

图中：1、振源；2、连接部；3、悬臂梁；4、粘附条；5、压电材料块；6、质量块。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1

本发明提供了一种宽频悬臂梁振动能量收集装置。如图1所示，该振动能量收集装置包括振源1、连接部2、悬臂梁3、粘附条4、压电材料块5、质量块6。连接部2固定在振源1上。优选地，连接部2与振源1之间采用螺栓连接，连接部2的材料为铜。悬臂梁3的一端固定在连接部2上。悬臂梁3的材料为铝合金、硅、半导体材料、金刚石。悬臂梁3上设有粘附条4，粘附条4与悬臂梁3不垂直。压电材料块5设置在悬臂梁3顶面上靠近固定端的部位，压电材料块5与外部能量采集电路连接。压电材料块5的材料为压电陶瓷或聚偏氟乙烯。质量块6设置在悬臂梁3顶面靠近自由端的部位。

应用时，振源1带动连接部2振动，连接部2带动悬臂梁3振动，在压电材料块5上产生异号电荷聚集，形成电势差，通过外部能量采集电路采集能量。本发明应用粘附条4改变悬臂梁3的杨氏模量分布，应用具有各向异性的杨氏模量，在垂直于悬臂梁3方向上加强了材料之间的耦合，从而使得悬臂梁3的振动频率加宽，从而实现宽频振动能量收集，在振动能量收集领域具有重要的应用价值。

本发明中，粘附条4的材料可以为弹性材料，例如纤维层或橡胶，也可以为具有良好弹性的金属，例如金。这取决于应用中振源的振动频率。

本发明中，粘附条4的方向不与悬臂梁3的方向平行，也不垂直于悬臂梁3，而是与悬臂梁3方向具有一定的锐角，这样一来，才能造成悬臂梁3内杨氏模量张量的各向异性分布。当悬臂梁3振动时，造成悬臂梁3中不同部位间的耦合，从而增加了悬臂梁3共振频率的宽度，从而实现宽频悬臂梁振动能量收集。

实施例2

在实施例1的基础上，如图1所示，述粘附条4为相互平行的多条。这样一来，更多地改变了悬臂梁3上杨氏模量的分布，增加了悬臂梁3不同部位间的振动耦合，更进一步增加了悬臂梁3固有振动频率的宽度。设计时，每条粘附条4为长方体形。但是，在实际应用中，不限于此，粘附条4的形状稍微偏离长方体形，不会严重地影响本发明的效果。

更进一步地，沿悬臂梁3的固定端至自由端方向，粘附条4的宽度逐渐减小。因为振动时，一般来说，越靠近悬臂梁3的固定端，悬臂梁3的弯曲程度越大，所以越靠近悬臂梁3固定端的粘附条4对悬臂梁3的振动情况改变更大，从而更多地改变悬臂梁3固有振动频率。因此，沿悬臂梁3的固定端至自由端方向，将粘附条4的宽度设计得越来越小，既保证了对悬臂梁3杨氏模量的改变，又减少了对原有悬臂梁3的改变。

更进一步地，沿悬臂梁3的固定端至自由端方向，粘附条4的长度逐渐减小。类似地，这样的设计既保证了粘附条4对悬臂梁3杨氏模量的改变，增加了悬臂梁3固有振动频率的宽度，又减少了对原有悬臂梁3的改变。

更进一步地，沿悬臂梁3的固定端至自由端方向，粘附条4的厚度逐渐减小。类似地，具有较大厚度的粘附条4会更多地改变悬臂梁3的杨氏模量分布，更多地改变悬臂梁3固有振动频率的宽度。因此，将厚度大的粘附条4设计在靠近悬臂梁3固定端一侧，会更好地实现本发明的有益效果。

更进一步地，沿悬臂梁3的固定端至自由端方向，粘附条4之间的间距逐渐增大。间距小的粘附条4部位会对悬臂梁3杨氏模量造成更多的改变，因此，通过粘附条4之间的宽度也能够实现改变悬臂梁3杨氏模量分布的效果。通过粘附条4之间的间距改变悬臂梁3杨氏模量分布的方法简单，更易于操作。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种宽频悬臂梁振动能量收集装置，其特征在于，包括：振源、连接部、悬臂梁、粘附条、压电材料块、质量块；所述连接部固定在所述振源上，所述悬臂梁的一端固定在所述连接部上，所述悬臂梁上设有所述粘附条，所述粘附条与所述悬臂梁不垂直，所述压电材料块设置在所述悬臂梁顶面上靠近固定端的部位，所述压电材料块与外部能量采集电路连接，所述质量块设置在所述悬臂梁顶面靠近自由端的部位。

2.如权利要求1所述的宽频悬臂梁振动能量收集装置，其特征在于：所述粘附条为相互平行的多条。

3.如权利要求2所述的宽频悬臂梁振动能量收集装置，其特征在于：每条所述粘附条为长方体形。

4.如权利要求3所述的宽频悬臂梁振动能量收集装置，其特征在于：沿所述悬臂梁的固定端至自由端方向，所述粘附条的宽度逐渐减小。

5.如权利要求4所述的宽频悬臂梁振动能量收集装置，其特征在于：沿所述悬臂梁的固定端至自由端方向，所述粘附条的长度逐渐减小。

6.如权利要求5所述的宽频悬臂梁振动能量收集装置，其特征在于：沿所述悬臂梁的固定端至自由端方向，所述粘附条的厚度逐渐减小。

7.如权利要求1-6任一项所述的宽频悬臂梁振动能量收集装置，其特征在于：所述粘附条的材料为弹性材料。

8.如权利要求7所述的宽频悬臂梁振动能量收集装置，其特征在于：所述悬臂梁的材料为铝合金、硅、半导体材料、金刚石。

9.如权利要求8所述的宽频悬臂梁振动能量收集装置，其特征在于：所述压电材料块的材料为压电陶瓷或聚偏氟乙烯。

10.如权利要求9所述的宽频悬臂梁振动能量收集装置，其特征在于：所述连接部与所述振源之间采用螺栓连接，所述连接部的材料为铜。

技术总结
本发明提供了一种宽频悬臂梁振动能量收集装置，连接部固定在振源上，悬臂梁的一端固定在连接部上，悬臂梁上设有粘附条，粘附条与所述悬臂梁不垂直，压电材料块设置在悬臂梁顶面上靠近固定端的部位，压电材料块与外部能量采集电路连接，质量块设置在悬臂梁顶面靠近自由端的部位。本发明应用粘附条改变悬臂梁的杨氏模量分布，应用具有各向异性的杨氏模量，在垂直于悬臂梁方向上加强了材料之间的耦合，从而使得悬臂梁的振动频率加宽，从而实现宽频振动能量收集，在振动能量收集领域具有重要的应用价值。

技术研发人员：不公告发明人
受保护的技术使用者：金华伏安光电科技有限公司
技术研发日：2020.07.31
技术公布日：2020.10.09