专利摘要

本发明公开了一种复合三稳态压电振动能量采集器，包括：基座、第一三稳态压电能量采集器和第二三稳态压电能量采集器；第一三稳态压电能量采集器和第二三稳态压电能量采集器设置在所述基座内。第一压电悬臂梁和第二压电悬臂梁并联安装固定，第三压电悬臂梁与第一压电悬臂梁和第二压电悬臂梁串联构成复合三稳态压电振动能量采集器。第一压电悬臂梁和第二压电悬臂梁的谐振频率与第三压电悬臂梁的谐振频率串联构成一个宽频带窗口。本发明通过将所述第一三稳态压电能量采集器与所述第二三稳态能量采集器串联构成复合三稳态能量采集结构，使本发明公开的复合三稳态压电振动能量采集器具有能量采集输出能力高和工作频带宽的特点。

权利要求

1.一种复合三稳态压电振动能量采集器，其特征在于，包括：基座、第一三稳态压电能量采集器和第二三稳态压电能量采集器；所述第一三稳态压电能量采集器和所述第二三稳态压电能量采集器设置在所述基座内；

所述基座包括底座、左侧支撑板以及右侧支撑板；所述底座的一端与所述左侧支撑板的底部连接；所述底座与所述左侧支撑板垂直；所述底座的另一端与所述右侧支撑板的底部连接；所述底座与所述右侧支撑板垂直；所述左侧支撑板与所述右侧支撑板正对平行；

所述第一三稳态压电能量采集器包括：第一压电悬臂梁、第二压电悬臂梁、第一磁铁、第二磁铁以及第三磁铁；所述第一压电悬臂梁的一端以及所述第二压电悬臂梁的一端均安装在所述左侧支撑板上；所述第一压电悬臂梁与所述第二压电悬臂梁位于同一高度；所述第一压电悬臂梁的另一端以及所述第二压电悬臂梁的另一端均连接所述第一磁铁的第一面；所述第二磁铁的第一面和所述第三磁铁的第一面均安装在所述右侧支撑板上；

所述第二三稳态压电能量采集器包括：第三压电悬臂梁、第四磁铁、第五磁铁以及第六磁铁；所述第三压电悬臂梁的一端设置在所述第一磁铁的第一面的中心位置；所述第三压电悬臂梁的另一端与所述第四磁铁的第一面连接；所述第五磁铁的第一面和所述第六磁铁的第一面均设置在所述左侧支撑板上；

所述第一压电悬臂梁与所述第二压电悬臂梁关于所述第三压电悬臂梁的中轴线对称设置。

2.根据权利要求1所述的复合三稳态压电振动能量采集器，其特征在于，所述第一压电悬臂梁包括：第一压电陶瓷、第二压电陶瓷以及第一金属基板；所述第一压电陶瓷设置在所述第一金属基板的一端的上表面；所述第二压电陶瓷设置在所述第一金属基板的一端的下表面；所述第一压电陶瓷与所述第二压电陶瓷正对平行；所述第一压电陶瓷和所述第二压电陶瓷的大小相等，极化方向相反。

3.根据权利要求1所述的复合三稳态压电振动能量采集器，其特征在于，所述第二压电悬臂梁包括：第三压电陶瓷、第四压电陶瓷以及第二金属基板；所述第三压电陶瓷设置在所述第二金属基板的一端的上表面；所述第四压电陶瓷设置在所述第二金属基板的一端的下表面；所述第三压电陶瓷与第四压电陶瓷正对平行；所述第三压电陶瓷和所述第四压电陶瓷的大小相等，极化方向相反。

4.根据权利要求1所述的复合三稳态压电振动能量采集器，其特征在于，所述第三压电悬臂梁包括：第五压电陶瓷、第六压电陶瓷以及第三金属基板；所述第五压电陶瓷设置在所述第三金属基板的一端的上表面；所述第六压电陶瓷设置在所述第三金属基板的一端的下表面；所述第五压电陶瓷与所述第六压电陶瓷正对平行；所述第五压电陶瓷和所述第六压电陶瓷的大小相等，极化方向相反。

5.根据权利要求1所述的复合三稳态压电振动能量采集器，其特征在于，所述第一压电悬臂梁与所述第二压电悬臂梁的尺寸、结构、谐振频率均相同；所述第三压电悬臂梁与所述第一压电悬臂梁的结构、尺寸、谐振频率均不相同。

6.根据权利要求1所述的复合三稳态压电振动能量采集器，其特征在于，穿过所述第一磁铁的中心且与所述底座平行的面为第一平面；所述第二磁铁与所述第一平面的垂直间距为第一垂直间距；所述第三磁铁与所述第一平面的垂直间距为第二垂直间距；所述第一垂直间距与所述第二垂直间距相等；所述第一磁铁、所述第二磁铁以及所述第三磁铁均不接触；所述第一磁铁的第二面、所述第二磁铁的第二面以及所述第三磁铁的第二面的磁性均相同；所述第一磁铁、所述第二磁铁以及所述第三磁铁的结构、尺寸、材料均相同。

7.根据权利要求1所述的复合三稳态压电振动能量采集器，其特征在于，穿过所述第四磁铁的中心且与所述底座平行的面为第二平面；所述第五磁铁与所述第二平面的垂直间距为第三垂直间距；所述第六磁铁与所述第二平面的垂直间距为第四垂直间距；所述第三垂直间距与所述第四垂直间距相等；所述第四磁铁、所述第五磁铁以及所述第六磁铁均不接触；所述第四磁铁的第二面、所述第五磁铁的第二面以及所述第六磁铁的第二面的磁性均相同；所述第四磁铁、所述第五磁铁以及所述第六磁铁的结构、尺寸、材料均相同。

8.根据权利要求1所述的复合三稳态压电振动能量采集器，其特征在于，穿过所述第四磁铁的中心且与所述底座垂直的面为第三平面；所述第一压电悬臂梁和所述第二压电悬臂梁关于所述第三平面对称。

9.根据权利要求1所述的复合三稳态压电振动能量采集器，其特征在于，所述第一磁铁与所述第四磁铁的尺寸不同，但材料相同。

10.根据权利要求1所述的复合三稳态压电振动能量采集器，其特征在于，所述第一磁铁、所述第四磁铁均为长方体形。

说明书

技术领域

本发明涉及发电技术领域，特别是涉及一种复合三稳态压电振动能量采集器。

背景技术

压电振动能量采集器可以采集环境中的振动能量，并转换成电能为无线传感器网络节点进行供电。最近，三稳态压电振动能量采集器被证明具有较宽的势能阱宽度和较浅的势能阱深度，可以有效提高能量采集效率和工作频带。

然而，当前研制的三稳态压电振动能量采集器均为单自由度系统，通常由末端带磁铁的压电悬臂梁和两个外部磁铁组成。单自由度三稳态压电振动能量采集器的输出性能依然严重依赖外部环境中的振动强度；当环境振动强度足够大时，多稳态振动被激发产生大的转换输出；当环境振动强度较小时，多稳态压电振动能量采集器做势能阱内的小幅值单稳态振动，这使压电振动能量采集器的输出大大降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合三稳态压电振动能量采集器，以解决现有的三稳态压电振动能量采集器输出性能严重依赖外部环境中的振动强度，导致能量采集输出能力低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种复合三稳态压电振动能量采集器，包括：基座、第一三稳态压电能量采集器和第二三稳态压电能量采集器；所述第一三稳态压电能量采集器和所述第二三稳态压电能量采集器设置在所述基座内；

所述基座包括底座、左侧支撑板以及右侧支撑板；所述底座的一端与所述左侧支撑板的底部连接；所述底座与所述左侧支撑板垂直；所述底座的另一端与所述右侧支撑板的底部连接；所述底座与所述右侧支撑板垂直；所述左侧支撑板与所述右侧支撑板正对平行；

所述第一三稳态压电能量采集器包括：第一压电悬臂梁、第二压电悬臂梁、第一磁铁、第二磁铁以及第三磁铁；所述第一压电悬臂梁的一端以及所述第二压电悬臂梁的一端均安装在所述左侧支撑板上；所述第一压电悬臂梁与所述第二压电悬臂梁位于同一高度；所述第一压电悬臂梁的另一端以及所述第二压电悬臂梁的另一端均连接所述第一磁铁的第一面；所述第二磁铁的第一面和所述第三磁铁的第一面均安装在所述右侧支撑板上；

所述第二三稳态压电能量采集器包括：第三压电悬臂梁、第四磁铁、第五磁铁以及第六磁铁；所述第三压电悬臂梁的一端设置在所述第一磁铁的第一面的中心位置；所述第三压电悬臂梁的另一端与所述第四磁铁的第一面连接；所述第五磁铁的第一面和所述第六磁铁的第一面均设置在所述左侧支撑板上。

可选的，所述第一压电悬臂梁包括：第一压电陶瓷、第二压电陶瓷以及第一金属基板；所述第一压电陶瓷设置在所述第一金属基板的一端的上表面；所述第二压电陶瓷设置在所述第一金属基板的一端的下表面；所述第一压电陶瓷与所述第二压电陶瓷正对平行；所述第一压电陶瓷和所述第二压电陶瓷的大小相等，极化方向相反。

可选的，所述第二压电悬臂梁包括：第三压电陶瓷、第四压电陶瓷以及第二金属基板；所述第三压电陶瓷设置在所述第二金属基板的一端的上表面；所述第四压电陶瓷设置在所述第二金属基板的一端的下表面；所述第三压电陶瓷与第四压电陶瓷正对平行；所述第三压电陶瓷和所述第四压电陶瓷的大小相等，极化方向相反。

可选的，所述第三压电悬臂梁包括：第五压电陶瓷、第六压电陶瓷以及第三金属基板；所述第五压电陶瓷设置在所述第三金属基板的一端的上表面；所述第六压电陶瓷设置在所述第三金属基板的一端的下表面；所述第五压电陶瓷与所述第六压电陶瓷正对平行；所述第五压电陶瓷和所述第六压电陶瓷的大小相等，极化方向相反。

可选的，所述第一压电悬臂梁与所述第二压电悬臂梁关于所述第三压电悬臂梁的中轴线对称设置；所述第一压电悬臂梁与所述第二压电悬臂梁的尺寸、结构、谐振频率均相同；所述第三压电悬臂梁与所述第一压电悬臂梁的结构、尺寸、谐振频率均不相同。

可选的，穿过所述第一磁铁的中心且与所述底座平行的面为第一平面；所述第二磁铁与所述第一平面的垂直间距为第一垂直间距；所述第三磁铁与所述第一平面的垂直间距为第二垂直间距；所述第一垂直间距与所述第二垂直间距相等；所述第一磁铁、所述第二磁铁以及所述第三磁铁均不接触；所述第一磁铁的第二面、所述第二磁铁的第二面以及所述第三磁铁的第二面的磁性均相同；所述第一磁铁、所述第二磁铁以及所述第三磁铁的结构、尺寸、材料均相同。

可选的，穿过所述第四磁铁的中心且与所述底座平行的面为第二平面；所述第五磁铁与所述第二平面的垂直间距为第三垂直间距；所述第六磁铁与所述第二平面的垂直间距为第四垂直间距；所述第三垂直间距与所述第四垂直间距相等；所述第四磁铁、所述第五磁铁以及所述第六磁铁均不接触；所述第四磁铁的第二面、所述第五磁铁的第二面以及所述第六磁铁的第二面的磁性均相同；所述第四磁铁、所述第五磁铁以及所述第六磁铁的结构、尺寸、材料均相同。

可选的，穿过所述第四磁铁的中心且与所述底座垂直的面为第三平面；所述第一压电悬臂梁和所述第二压电悬臂梁关于所述第三平面对称。

可选的，所述第一磁铁与所述第四磁铁的尺寸不同，但材料相同。

可选的，所述第一磁铁、所述第四磁铁均为长方体形。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开了一种复合三稳态压电振动能量采集器，包括：基座、第一三稳态压电能量采集器和第二三稳态压电能量采集器；所述第一三稳态压电能量采集器和第二三稳态压电能量采集器设置在所述基座内；所述第一三稳态压电能量采集器包括第一压电悬臂梁、第二压电悬臂梁、第一磁铁、第二磁铁以及第三磁铁；所述第二三稳态压电能量采集器包括第三压电悬臂梁、第四磁铁、第五磁铁以及第六磁铁。所述第一压电悬臂梁和所述第二压电悬臂梁的谐振频率与所述第三压电悬臂梁的谐振频率串联构成一个宽频带窗口。所述第一压电悬臂梁和所述第二压电悬臂梁并联安装固定，所述第三压电悬臂梁与所述第一压电悬臂梁和所述第二压电悬臂梁串联构成复合三稳态压电振动能量采集器。本发明通过将所述第一三稳态压电能量采集器与所述第二三稳态能量采集器串联构成复合三稳态能量采集结构，使本发明公开的复合三稳态压电振动能量采集器具有能量采集输出能力高和工作频带宽的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的复合三稳态压电振动能量采集器的俯视图；

图2为本发明提供的复合三稳态压电振动能量采集器的正视图。

符号说明：

101第一压电悬臂梁、102第二压电悬臂梁、103第一磁铁、104第二磁铁、105第三磁铁、201第三压电悬臂梁、202第四磁铁、203第五磁铁、204第六磁铁、301左侧支撑板、302右侧支撑板、303底座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种复合三稳态压电振动能量采集器，以解决现有的三稳态压电振动能量采集器输出性能严重依赖外部环境中的振动强度，导致能量采集输出能力低的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明提供的复合三稳态压电振动能量采集器的俯视图。图2为本发明提供的复合三稳态压电振动能量采集器的正视图。如图1、图2所示，一种复合三稳态压电振动能量采集器，包括：基座、第一三稳态压电能量采集器和第二三稳态压电能量采集器；所述第一三稳态压电能量采集器和所述第二三稳态压电能量采集器设置在所述基座内。

具体的，所述基座包括底座303、左侧支撑板301以及右侧支撑板302。所述底座303的一端与所述左侧支撑板301的底部连接。所述底座303与所述左侧支撑板301垂直。所述底座303的另一端与所述右侧支撑板302的底部连接。所述底座303与所述右侧支撑板302垂直。所述左侧支撑板301与所述右侧支撑板302正对平行。

所述第一三稳态压电能量采集器包括：第一压电悬臂梁101、第二压电悬臂梁102、第一磁铁103、第二磁铁104以及第三磁铁105。所述第一压电悬臂梁101的一端以及所述第二压电悬臂梁102的一端均安装在所述左侧支撑板301上。所述第一压电悬臂梁101与所述第二压电悬臂梁102位于同一高度。所述第一压电悬臂梁101的另一端以及所述第二压电悬臂梁102的另一端均连接所述第一磁铁103的第一面。所述第二磁铁104的第一面和所述第三磁铁105的第一面均安装在所述右侧支撑板302上。

所述第二三稳态压电能量采集器包括：第三压电悬臂梁201、第四磁铁202、第五磁铁203以及第六磁铁204。所述第三压电悬臂梁201的一端设置在所述第一磁铁103的第一面的中心位置；所述第三压电悬臂梁201的另一端与所述第四磁铁202的第一面连接；所述第五磁铁203的第一面和所述第六磁铁204的第一面均设置在所述左侧支撑板301上。

进一步的，所述第一压电悬臂梁101包括：第一压电陶瓷、第二压电陶瓷以及第一金属基板。所述第一压电陶瓷设置在所述第一金属基板的一端的上表面；所述第二压电陶瓷设置在所述第一金属基板的一端的下表面；所述第一压电陶瓷与所述第二压电陶瓷正对平行；所述第一压电陶瓷和所述第二压电陶瓷的大小相等，极化方向相反。

所述第二压电悬臂梁102包括：第三压电陶瓷、第四压电陶瓷以及第二金属基板。所述第三压电陶瓷设置在所述第二金属基板的一端的上表面；所述第四压电陶瓷设置在所述第二金属基板的一端的下表面；所述第三压电陶瓷与第四压电陶瓷正对平行；所述第三压电陶瓷和所述第四压电陶瓷的大小相等，极化方向相反。

所述第三压电悬臂梁201包括：第五压电陶瓷、第六压电陶瓷以及第三金属基板；所述第五压电陶瓷设置在所述第三金属基板的一端的上表面；所述第六压电陶瓷设置在所述第三金属基板的一端的下表面；所述第五压电陶瓷与所述第六压电陶瓷正对平行；所述第五压电陶瓷和所述第六压电陶瓷的大小相等，极化方向相反。

所述第一压电悬臂梁101与所述第二压电悬臂梁102关于所述第三压电悬臂梁201的中轴线对称设置。所述第一压电悬臂梁101的中轴线与所述第二压电悬臂梁102的中轴线之间的间距为2y。所述第一压电悬臂梁101与所述第二压电悬臂梁102的尺寸、结构、谐振频率均相同；所述第三压电悬臂梁201与所述第一压电悬臂梁101的结构、尺寸、谐振频率均不相同。

穿过所述第一磁铁103的中心且与所述底座303平行的面为第一平面；所述第二磁铁104与所述第一平面的垂直间距为第一垂直间距；所述第三磁铁105与所述第一平面的垂直间距为第二垂直间距；所述第一垂直间距与所述第二垂直间距相等。所述第二磁铁104的中心与所述第三磁铁105的中心正对，间距为z1。所述第一磁铁103、所述第二磁铁104以及所述第三磁铁105均不接触。所述第一磁铁103的第二面、所述第二磁铁104的第二面以及所述第三磁铁105的第二面的磁性均相同，为互斥关系。所述第一磁铁103的第二面与所述第二磁铁104的第二面的水平间距为x1；所述第一压电悬臂梁101以及所述第二压电悬臂梁102的谐振频率可以通过调整x1的大小来实现。所述第一磁铁103、所述第二磁铁104以及所述第三磁铁105的结构、尺寸、材料均相同。

穿过所述第四磁铁202的中心且与所述底座303平行的面为第二平面；所述第五磁铁203与所述第二平面的垂直间距为第三垂直间距；所述第六磁铁204与所述第二平面的垂直间距为第四垂直间距；所述第三垂直间距与所述第四垂直间距相等。所述第五磁铁203的中心与所述第六磁铁204的中心正对，间距为z2。所述第四磁铁202、所述第五磁铁203以及所述第六磁铁204均不接触。所述第四磁铁202的第二面、所述第五磁铁203的第二面以及所述第六磁铁204的第二面的磁性均相同，为互斥关系。所述第四磁铁202的第二面与所述第五磁铁203的第二面的水平间距为x2。所述第三压电悬臂梁201的谐振频率可以通过调整x2的大小来实现。所述第四磁铁202、所述第五磁铁203以及所述第六磁铁204的结构、尺寸、材料均相同。

所述第一磁铁103、所述第二磁铁104、所述第三磁铁105、所述第四磁铁202、所述第五磁铁203以及所述第六磁铁204均为长方体形，且每块所述磁铁的第一面与第二面正对。

穿过所述第四磁铁202的中心且与所述底座303垂直的面为第三平面；所述第一压电悬臂梁101和所述第二压电悬臂梁102关于所述第三平面对称；所述第三平面与所述第一压电悬臂梁101的中轴线的间距为y。

所述第一磁铁103与所述第四磁铁202的尺寸不同，但材料相同。

所述第一压电悬臂梁101和所述第二压电悬臂梁102的谐振频率与所述第三压电悬臂梁201的谐振频率串联构成一个宽频带窗口。所述第一压电悬臂梁101和所述第二压电悬臂梁102并联安装固定，所述第三压电悬臂梁201与所述第一压电悬臂梁101和所述第二压电悬臂梁102串联构成复合三稳态压电振动能量采集器。本发明的并联是指：所述第一压电悬臂梁101与所述第二压电悬臂梁102的一端都固定在所述基座的左侧支撑板面上，另一端同时与磁铁103连接，第一压电悬臂梁101与第二压电悬臂梁102在结构上并联连接；本发明的串联是指：第三压电悬臂梁103的一端固定在磁体103中心，另一端为自由端，第三压电悬臂梁在结构上与第一压电悬臂梁101、第二压电悬臂梁102串联连接。

本发明的工作过程如下，当基座受到外部环境振动的激励后，第一压电选悬臂梁101和第二压电悬臂梁102在垂直面产生弯曲振动，使得压电陶瓷产生弯曲变形，导致第一和第二压电悬臂梁表面产生感生电荷，并输出形成电流；同时，第一压电悬臂梁101和第二压电悬臂梁102在垂直面产生的弯曲振动使得第三压电悬臂梁103在垂直面内也产生弯曲振动，从而使第三压电悬臂梁103也产生感生电荷，并输出形成电流，实现将机械振动能转换成电能的目的。

本发明通过将所述第一三稳态压电能量采集器与所述第二三稳态能量采集器串联构成复合三稳态压电振动能量采集器，可以使所述第一压电悬臂梁101、所述第二压电悬臂梁102以及第三压电悬臂梁201同时参与在振动激励下产生弯曲变形实现振动能量的采集与转换，产生较大的输出电能，通过调节x1和z1，改变所述第一压电悬臂梁101和所述第二压电悬臂梁102受到的非线性磁场排斥力；以及调节x2和z2，改变第三压电悬臂梁201受到的非线性磁场排斥力，使本发明公开的复合三稳态压电振动能量采集器具有宽频带、高效率的采集输出特性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

一种复合三稳态压电振动能量采集器专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。