CN104377993A - 自动调参双稳态压电发电结构 - Google Patents
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Abstract
一种自动调参双稳态压电发电结构，所述两条引线分别从压电层的上表面以及基础层上引出；所述压电层与基础层通过环氧树脂胶胶粘或其它导电胶胶粘；所述第一永久磁铁和第二永久磁铁相互排斥放置；所述第二永久磁铁通过弹簧固定；所述弹簧为压力弹簧，弹簧的刚度中等偏小。本发明在双稳态压电发电结构的基础上，增加了弹簧，使得第一永久磁铁和第二永久磁铁之间的距离具有可变性，在给予外部激励的情况下，第二永久磁铁会随第一永久磁铁位置的变化自身的位置也会产生变化，达到自动调节磁铁间距离的效果。本发明结构的工作频域宽，发电效率和单位时间的发电量较常见双稳态压电发电结构明显提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动调参双稳态压电发电结构，可有效收集周围环境的振动机械能进行发电，属于绿色能源利用领域。
背景技术
随着无线电通讯与微电子技术的不断进步，使得微电子设备和微传感器等微型系统应用范围不断扩大。由于这些设备是便携式的，其必须自带电源，所带电源的性能、质量、容量以及寿命的好坏是目前大多数微电子技术应用的关键所在。传统的电池供电方式存在着寿命短、需要经常更换、储存能量有限等缺点，而且在某些条件下更换电池过程复杂。因此，利用环境振动产生能量为电子设备供电是很有必要的，增大其发电量、拓宽其有效工作频域是很有必要的。
双稳态压电发电结构具有振幅相对较大，振动频率低等特点，其应用性非常强，而自动调参双稳态压电发电结构在发电能力上更胜一筹。中国专利(公开号CN102790548A)公开了一种双稳态复合悬臂梁压电发电装置，该发明在一个装置内同时布置了八个双稳态压电悬臂振子，极大的的提高了发电效果。中国专利(公开号CN101764531A)公开了一种多工作模态压电发电机，将工作在拉伸和压缩模态和工作在冲击模态的压电元件集成在压电发电机的不同部位。当发电机上下振动时，压电片或因敲击或因拉伸和压缩而产生电能。美国专利(公开号WO2010151738A3)公开了一种双稳态压电悬臂梁发电装置，有效拓宽了悬臂梁的共振频带，但带宽拓展的程度并不是很大。
发明内容
为了有效的拓宽压电发电装置的有效频域，使其带宽增大、共振频率降低、电压增大，本发明提供了一种自动调参双稳态压电发电结构，通过在第二永久磁铁一端连接弹簧，可以使压电发电结构在工作时第二永久磁铁可以根据第一永久磁铁的位置适当的调整弹簧的伸缩程度，进而可以适当的补给或削弱两磁铁之间的磁力，可有效增大发电效果。
为了解决上述技术问题，本发明自动调参双稳态压电发电结构予以实现的技术方案是：一种自动调参双稳态压电发电结构，包括引线、压电层、基础层、第一永久磁铁、第二永久磁铁、弹簧。其特征在于，所述两条引线分别从压电层的上表面以及基础层上引出；所述压电层与基础层通过环氧树脂胶胶粘或其它导电胶胶粘；所述第一永久磁铁和第二永久磁铁相互排斥放置；所述第二永久磁铁通过弹簧固定；所述弹簧为压力弹簧，弹簧的刚度中等偏小。
所述压电层的材料为压电陶瓷或压电纤维复合材料或PVDF压电材料中的一种。
所述基础层的材料为铜、钢、铝和铝合金中的一种。
所述由压电层和基础层组成的悬臂结构为梁结构和板结构的一种。
所述第一永久磁铁与第二永久磁铁之间的距离为基础层长度的十分之一至四分之一，既能够保证基础层和压电层有一定的预变形，又能够使第一永久磁铁在较小的外部激励下能够越过对称中心到达另一边。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明在传统的双稳态压电发电结构的基础上，增加了弹簧，使得第一永久磁铁和第二永久磁铁之间的距离具有可变性，在给予外部激励的情况下，第一永久磁铁会随着悬臂梁或悬壁板的运动而运动，当第一永久磁铁远离第二永久磁铁运动时，第二永久磁铁会向前运动，这样相对与没有弹簧的双稳态结构而言，磁力会有适当的增加。当第一永久磁铁向平衡位置运动而靠近第二永久磁铁时，第二永久磁铁会向后退，这样两磁铁之间的磁力相对没有弹簧的结构而言会有一定程度的减弱，第一永久磁铁就更容易越过中间平衡位置到达另一边。本发明自动调参双稳态压电发电结构具有较低的谐振频率和更大的振幅，所以产生的电量也相对较多。
附图说明
图1是本发明自动调参双稳态压电发电结构的示意图。
图中：
1-引线 2-压电层 3-基础层
4-第一永久磁铁 5-第二永久磁铁 6-弹簧
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
如图1所示，自动调参双稳态压电发电结构，包括引线1、压电层2、基础层3、第一永久磁铁4、第二永久磁铁5、弹簧6。所述两条引线1分别从压电层2的上表面以及基础层3上引出；所述压电层2与基础层3通过环氧树脂胶胶粘或其它导电胶胶粘；所述第一永久磁铁4和第二永久磁铁5相互排斥放置；所述第二永久磁铁5通过弹簧6固定；所述弹簧6为压力弹簧，弹簧6的刚度中等偏小。
所述压电层2的材料为压电陶瓷或压电纤维复合材料或PVDF压电材料中的一种；所述基础层3的材料为铜、钢、铝和铝合金中的一种；所述由压电层2和基础层3组成的悬臂结构为梁结构和板结构的一种；所述第一永久磁铁4与第二永久磁铁5相互排斥放置；所述第一永久磁铁4与第二永久磁铁5之间的距离为基础层3长度的十分之一至四分之一，既能够保证基础层3和压电层2有一定的预变形，又能够使第一永久磁铁4在较小的外部激励下能够越过对称中心到达另一边。
本发自动调参双稳态压电发电结构可用于结构健康检测的分布式传感器节点、用于医疗的嵌入式或植入式传感器节点、为大型系统的电池充电、为汽车轮胎压力监测系统供电、为无人飞行器供电以及为家用安全系统供电等等。
综上所述，本发明自动调参双稳态压电发电结构的工作频域宽，发电效率和单位时间的发电量较常见的双稳态压电发电结构具有明显的提高。
尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护范畴。
Claims (5)
1.一种自动调参双稳态压电发电结构，其特征在于：该结构包括引线(1)、压电层(2)、基础层(3)、第一永久磁铁(4)、第二永久磁铁(5)、弹簧(6)；所述两条引线(1)分别从压电层(2)的上表面以及基础层(3)上引出；所述压电层(3)与基础层(4)通过环氧树脂胶胶粘或其它导电胶胶粘；所述第一永久磁铁(4)和第二永久磁铁(5)相互排斥放置；所述第二永久磁铁(5)通过弹簧(6)固定；所述弹簧(6)为压力弹簧，弹簧(6)的刚度中等偏小。
2.根据权利要求1所述一种自动调参双稳态压电发电结构，其特征在于：所述压电层(3)的材料为压电陶瓷或压电纤维复合材料或PVDF压电材料中的一种。
3.根据权利要求1所述一种自动调参双稳态压电发电结构，其特征在于：所述基础层(3)的材料为铜、钢、铝和铝合金中的一种。
4.根据权利要求1所述一种自动调参双稳态压电发电结构，其特征在于：所述由压电层(2)和基础层(3)组成的悬臂结构为梁结构和板结构的一种。
5.根据权利要求1所述一种自动调参双稳态压电发电结构，其特征在于：所述第一永久磁铁(4)与第二永久磁铁(5)之间的距离为基础层(3)长度的十分之一至四分之一，既能够保证基础层(3)和压电层(2)有一定的预变形，又能够使第一永久磁铁(4)在较小的外部激励下能够越过对称中心到达另一边。
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