一種自適應壓電發電懸臂梁的製作方法

2023-10-23 02:18:07

一種自適應壓電發電懸臂梁的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種自適應壓電發電懸臂梁，包括包括：壓電振子⑴、自由端質量塊⑵、曲面固定支撐端（3)、安裝墊片（4)和螺栓（5)，其中：所述壓電振子（1)一端布置有自由端質量塊（2)，另一端固定在曲面固定支撐端（3)上，通過安裝墊片⑷由螺栓⑶固定；所述曲面固定支撐端⑶具有振子安裝面（31)和與之相鄰的變支撐曲面(32);所述振子安裝面（31)和與之相鄰的變支撐曲面（32)共同垂直於與二者相鄰的側表面，系統安裝在旋轉裝置上作為發電器件，可以根據旋轉速度實現固有頻率的自適應變化，使得發電裝置固有頻率帶寬增加，增加發電量。
【專利說明】一種自適應壓電發電懸臂梁

【技術領域】
[0001] 本發明屬於小功率發電領域，具體涉及一種自適應壓電發電懸臂梁。

【背景技術】
[0002] 壓電材料發現以來，已廣泛用於特定場合的發電裝置，包括用其將應力轉化為電 能的性質形成的應變測試器件、直接用撞擊壓電材料產生瞬時高電壓形成的各類點火器件 和電子引信器件、利用壓電陶瓷形成的壓電懸臂梁彎曲發電供給各類電子器件所形成的電 子供電器件等。而壓電懸臂梁結構作為一種最簡單的壓電發電結構，已經得到了廣泛的研 究與應用，壓電懸臂梁用於發電有兩種工作狀態，一種是工作在非共振頻率下，由其受力產 生的變形引起壓電陶瓷產生應力與應變結合壓電效應形成發電能力，另外一種是工作在其 共振頻率下，此時機械能轉化為電能的效率大幅提高，但在一些特殊的場合下外界激勵時 刻發生變化，不容易實現壓電懸臂梁在共振狀態下工作。而在做迴轉運動的裝置上安裝的 壓電懸臂梁受力情況則比較特殊，可以通過特殊結構的設計使得壓電懸臂梁的固有頻率發 生改變，適應外界的迴轉運動，該類壓電懸臂梁發電裝置的效率有明顯的提升空間。


【發明內容】

[0003] 為了解決目前安裝在旋轉機構上的壓電懸臂梁發電裝置固有頻率恆定、無法在變 化的運動條件下保持懸臂梁系統處於共振狀態，由此所引起的發電效率低下的問題，提出 了一種自適應壓電發電懸臂梁結構，該壓電懸臂梁由壓電振子、自由端質量塊和曲面固定 支撐端構成，所述自適應壓電發電懸臂梁結構的曲面固定支撐端固定在做迴轉運動的機構 上，利用迴轉運動發電，在轉動速度發生變化時，整體的剛度在曲面固定支撐端的作用下發 生改變，系統的共振頻率隨之變化使之具有更寬的共振頻率範圍，可提升壓電發電效率。
[0004] 為了實現上述目的，本發明採用以下技術方案：
[0005] 本發明一種自適應壓電發電懸臂梁，包括壓電振子、自由端質量塊、曲面固定支撐 端、安裝墊片和螺栓，其中：
[0006] 壓電振子一端布置有自由端質量塊，另一端固定在曲面固定支撐端上，通過安裝 墊片由螺栓固定；所述曲面固定支撐端具有振子安裝面和與之相鄰的變支撐曲面；所述振 子安裝面和與之相鄰的變支撐曲面共同垂直於與二者相鄰的側表面。
[0007] 所述壓電振子可以採用由一片壓電薄片材料粘貼在彈性基板上形成的單晶片壓 電振子，也可以採用由兩片壓電薄片材料粘貼在彈性基板兩側形成的雙晶片壓電振子。
[0008] 使用時，將壓電振子垂直布置在與迴轉運動徑向垂直的方向上，同時將曲面固定 支撐端布置在遠離迴轉中心一側。工作時，隨著迴轉運動速度的增加，外界激勵頻率上升， 同時在離心力的作用下壓電振子發生彈性變形，與所述曲面固定支撐端上的變支撐曲面接 觸，接觸發生後壓電振子的懸臂長度減小、剛度增加，系統的共振頻率上升，由此實現了發 電機構的固有頻率隨著迴轉運動周期與頻率的變化實現自適應調整的目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1是本發明一種自適應壓電發電懸臂梁結構示意圖。
[0010] 圖2是本發明各零件與安裝關係的示意圖。

【具體實施方式】
[0011] 參照圖1和圖2,本發明的自適應壓電發電懸臂梁是由壓電振子1、自由端質量塊 2、曲面固定支撐端3、安裝墊片4和螺栓5構成，其中 ：
[0012] 壓電振子1 一端通過粘接方式與自由端質量塊2相連，另一端固定在曲面固定支 撐端3上，通過安裝墊片4由第一螺栓51和第二螺栓52固定；所述曲面固定支撐端3具有 振子安裝面31和與之相鄰的變支撐曲面32 ;所述振子安裝面31和變支撐曲面32共同垂 直於與二者相鄰的側表面。
[0013] 所述壓電振子1採用由一片壓電薄片材料11粘貼在彈性基板12上形成的單晶片 壓電振子。
[0014] 所述曲面固定支撐端3上布置有第一支撐螺紋安裝孔33和第二支撐螺紋安裝孔 34 ;所述壓電振子1上布置有第一振子安裝孔13和第二振子安裝孔14 ;所述安裝墊片4上 布置有第一墊片安裝孔41和第二墊片安裝孔42 ;所述第一螺栓51通過第一墊片安裝孔41 和第一振子安裝孔13後緊固在第一支撐螺紋安裝孔33上，第二螺栓52以與第一螺栓51 同樣的順序緊固在第二支撐螺紋安裝孔34上，完成自適應壓電發電懸臂梁的結構裝配。
[0015] 使用時，將壓電振子1垂直布置在與迴轉運動徑向垂直的方向上，同時將曲面固 定支撐端3布置在遠離迴轉中心一側。
【權利要求】
1. 一種自適應壓電發電懸臂梁，包括：壓電振子（1)、自由端質量塊⑵、曲面固定支撐 端（3)、安裝墊片（4)和螺栓（5)，其中：所述壓電振子（1) 一端布置有自由端質量塊（2)， 另一端固定在曲面固定支撐端（3)上，通過安裝墊片（4)由螺栓（5)固定；所述曲面固定支 撐端（3)具有振子安裝面（31)和與之相鄰的變支撐曲面（32);所述振子安裝面（31)和變 支撐曲面（32)共同垂直於與二者相鄰的側表面。
2. 根據權利要求1所述的自適應壓電發電懸臂梁，其特徵在於：所述壓電振子（1)採 用由一片壓電薄片材料（11)粘貼在彈性基板（12)上形成的單晶片壓電振子，或採用壓電 薄片材料（11)粘貼在彈性基板（12)兩側形成的雙晶片壓電振子。
【文檔編號】H02N2/18GK104218848SQ201410530916
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年10月9日 優先權日:2014年10月9日
【發明者】吳越, 劉勇, 陳松, 楊志剛, 田曉超 申請人:吉林大學