一種縱橫複合激勵式壓電俘能器的製作方法
2023-10-11 12:27:54 1
專利名稱：一種縱橫複合激勵式壓電俘能器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於新能源和發電技術領域，具體涉及ー種壓電俘能器，為可攜式微功率電子產品及無線傳感監測系統等提供實時的能量供應。
背景技術：
利用壓電陶瓷材料回收環境振動能量構造的微小型俘能器被認為是可攜式微功率電子產品以及遠程埋植傳感監測系統實時自供電的有效手段。雖然某些類型壓電俘能器已經在現實中獲得應用，但其振動環境的適應能力、可靠性及能量轉換效率等方面還有較大的局限性，不利於壓電振動俘能技術的進一歩推廣應用。對于振動式壓電俘能器而言，僅當壓電振子固有頻率與環境振動頻率相等時方能 達到較高的發電能力和能量轉換效率。但因壓電振子自身的諧振頻率較高，通常為幾百、甚至幾千赫茲，而環境振動頻率一般為十幾赫茲、甚至僅有幾赫茲，因此直接利用壓電振子收集環境振動能量的效果並不顯著。為此，需在懸臂梁壓電振子端部或圓形壓電振子中心處安裝集中慣性塊，其弊端是當所安裝的慣性塊較大時，即使在非工作狀態時壓電振子就已產生較大變形，工作中極易因變形過大而損毀。此外，現實中非結構環境下的振源具有多方向性、且其振動方向和振幅大小還具時變性，以行進中的汽車為例，其振源包括道路不平引起的縱向振動、速度變化引起的前後振動、運行方向漂移引起橫向振動等，且上述各個振源之間存在振動耦合與疊加效果，其實際的振動方向並不確定。
發明內容本實用新型提供ー種縱橫複合激勵式壓電俘能器，以解決現有振動式壓電俘能器自由度有限、不適於多方向振動能量回收的問題。本實用新型採取的技術方案是上殼體與下殼體通過螺釘連接，在所述上殼體與下殼體之間裝夾有一組壓電振子，所述壓電振子由金屬基板及壓電晶片粘接而成，所述壓電振子的自由端安裝有磁鐵，在所述的下殼體上安裝有球銷套，所述球銷套內安裝有球銷，所述球銷與慣性塊通過慣性塊上的螺杆連接，在所述的螺杆上依次套裝有第一環形磁鉄、套管和第二環形磁鐵，所述的第一環形磁鐵、套管及第ニ環形磁鐵壓接在球銷和慣性塊之間，在所述的球銷上套有彈簧，所述彈簧壓接在球銷套和第二環形磁鐵之間，所述的安裝於壓電振子上的磁鐵與安裝在螺杆上的第一環形磁鐵及第ニ環形磁鐵的同性磁極靠近安裝。在本實用新型中，球銷可在球銷套內作任意方向的擺動。在自然狀態下，慣性塊在彈簧的推力以及各磁鐵之間排斥力的作用下處於平衡位置，壓電振子端部的磁鐵和螺杆上的第一個環形磁鐵及第ニ個環形磁鐵之間處於相對靜止狀態；當俘能器受外界垂直方向振動激勵、或任一水平方向振動激勵時，壓電振子都將產生彎曲變形、並將機械能轉換成電倉^:。本實用新型的特點及優勢在於①可實現縱向及任一水平方向的振動能量回收適於低頻及大振幅的振動環境、且可靠性高，原因在幹縱向振動時，壓電振子端部的磁鐵懸浮於螺杆上的兩個環形磁鐵中間，磁鐵之間的排斥力具有緩衝和限位作用，可採用較大的端部磁鐵降低壓電振子的諧振頻率；水平方向激勵時，激振力及壓電振子的變形量僅與螺杆的擺動角度及磁場強度有關，壓電振子也不致因環境振幅過大而損毀。
圖I是本實用新型一個較佳實施例中俘能器處於自然靜止狀態下的結構剖面示意圖；圖2是圖I的A-A剖面示意圖；圖3是本實用新型一個較佳實施例中金屬基板的結構示意圖；圖4是本實用新型一個較佳實施例中俘能器上下振動時的結構剖面示意圖；圖5是本實用新型一個較佳實施例中俘能器水平方向振動時的結構剖面示意圖。
具體實施方式
如圖I、圖2、圖3所示，上殼體I與下殼體11通過螺釘連接，在所述上殼體I與下殼體11之間裝夾有一組壓電振子6 ;所述壓電振子6由金屬基板6-1及壓電晶片6-2粘接而成，所述壓電振子6的自由端安裝有磁鐵5 ;在所述的下殼體11上安裝有球銷套10，所述球銷套10內安裝有球銷8 ;所述球銷8與慣性塊2通過慣性塊2上的螺杆2-1連接；在所述的螺杆2-1上依次套裝有第一環形磁鐵3、套管4和第二環形磁鐵7，所述的第一環形磁鐵3、套管4及第ニ環形磁鐵7壓接在球銷8和慣性塊2之間；在所述的球銷8上套有彈簧9，所述彈簧9壓接在球銷套10和第二環形磁鐵7之間；所述的安裝於壓電振子6上的磁鐵5與安裝在螺杆2-1上的第一環形磁鐵3及第ニ環形磁鐵7的同性磁極靠近安裝。在本實用新型中，球銷8可在球銷套10內作任意方向的擺動。在自然狀態下，慣性塊2在彈簧9的推力以及各磁鐵之間排斥力的作用下處於平衡位置，壓電振子端部的磁鐵5和螺杆2-1上的第一環形磁鐵3及第ニ環形磁鐵7之間處於相對靜止狀態。如圖4所示，俘能器作單純的上下往復振動時，壓電振子6因受其自由端磁鐵5慣性力作用而上下振動；如果環境振幅較大，則磁鐵5受第一環形磁鐵3和第二環形磁鐵7的排斥力増加，從而限制壓電振子6的變形量。如圖5所示，俘能器作任一水平方向的往復振動時，慣性塊2、第一環形磁鐵3和第二環形磁鐵7將通過螺杆2-1帶動球銷8轉動，彈簧9的一側被壓縮、另ー側伸長，從而壓電振子端部的磁鐵5與第一環形磁鐵3和第二環形磁鐵7之間的距離發生變化。在圖5中，磁鐵5與第一環形磁鐵3之間的距離減小、排斥力増加，壓電振子6向下彎曲變形；於此
同時，磁鐵與第二環形磁鐵7之間的距離減小、排斥力増加，壓電振子ズ向上彎曲變形；
隨著慣性塊2的左右往復擺動，壓電振子作往復的上下彎曲變形，並將機械能轉換成電能。
權利要求1.ー種縱橫複合激勵式壓電俘能器，其特徵在於上殼體與下殼體通過螺釘連接，在所述上殼體與下殼體之間裝夾有一組壓電振子，所述壓電振子由金屬基板及壓電晶片粘接而成，所述壓電振子的自由端安裝有磁鐵，在所述的下殼體上安裝有球銷套，所述球銷套內安裝有球銷，所述球銷與慣性塊通過慣性塊上的螺杆連接，在所述的螺杆上依次套裝有第ー環形磁鐵、套管和第二環形磁鐵，所述的第一環形磁鐵、套管及第ニ環形磁鐵壓接在球銷和慣性塊之間，在所述的球銷上套有彈簧，所述彈簧壓接在球銷套和第二環形磁鐵之間，所述的安裝於壓電振子上的磁鐵與安裝在螺杆上的第一環形磁鐵及第ニ環形磁鐵的同性磁極靠近安裝。
專利摘要本實用新型涉及一種縱橫複合激勵式壓電俘能器，屬於新能源和發電技術領域。上殼體與下殼體通過螺釘連接，在所述上殼體與下殼體之間裝夾有一組壓電振子，所述壓電振子的自由端安裝有磁鐵，所述球銷與慣性塊通過慣性塊上的螺杆連接；在所述的螺杆上依次套裝有第一環形磁鐵、套管和第二環形磁鐵，所述的安裝於壓電振子上的磁鐵與安裝在螺杆上的第一環形磁鐵及第二環形磁鐵的同性磁極靠近安裝。優點在於可實現縱向及任一水平方向的振動能量回收；適於低頻及大振幅的振動環境、且可靠性高。
文檔編號H02N2/18GK202524322SQ20122012614
公開日2012年11月7日 申請日期2012年3月29日 優先權日2012年3月29日
發明者曾平, 李凝, 王淑雲, 程光明, 闞君武 申請人:浙江師範大學