CN107154751A - 一种频率可调压电振动发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种频率可调压电振动发电装置，L型底座、T型悬臂梁、C型滑台、微分头、调质螺栓、压电片、滑台螺母、安装螺钉；L型底座与C型滑台配合连接，两者可相对滑动；微分头与C型滑台固接，并固定在L型底座上；T型悬臂梁的一端固定在L型底座上，自由端穿过C型滑台后固定有调质螺栓；压电片贴在T型悬臂梁；整个装置通过L型底座上的安装通孔与环境结构固定。当发电装置T型悬臂梁受到外界激励产生振动时，T型悬臂梁带动压电片振动，压电片发生形变而发电；通过旋拧旋钮使C型滑台在悬臂梁方向上的前后移动来改变T型悬臂梁的有效悬臂长度，实现发电装置频率可调。
Description
技术领域
本发明涉及一种频率可调压电振动发电装置，属于发电技术领域。
背景技术
由于无线传感器节点采用传统电池(锂聚合物、镍氢电池)供能，使用寿命有限，且在外部复杂环境中易损坏，维护保养费用高且能产生化学废弃物污染。压电振动发电装置（Piezoelectric vibration power generator, PVPG）可收集无线传感器网络环境振动能量，将其转换为电能并为网络中传感器节点供电，保障无线传感器网络的长期有效工作。由于当前基于压电效应的PVPG主要为薄金属悬臂梁压电振子结构，存在谐振频率单一、工作频带窄的缺点，只能在压电振子谐振频率附近的频带内产生良好的发电效果，因此在复杂环境中PVPG的供电效果并不好。
为解决上述问题，中国发明专利“一种宽频压电振动能量收集装置”(ZL201310686868.7) 根据实际环境中的振动源频率范围，设计悬臂梁的个数和谐振频率，使阵列式悬臂梁的谐振频率范围覆盖环境中振动源频带宽度，实现宽频的能量收集；中国发明专利“一种伸缩式压电振动发电机”(ZL201510007272.9)利用两组伸缩式压电振子经销轴与框架及质量块连接且变形相互制约，当框架随环境振动时，质量块与框架相对振动，实现压电振子的变形而发电。通过压电振子阵列或多组压电振子，虽然可以提高带宽、增加发电量，但是会增加系统的复杂性。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，解决现有技术中压电振动发电装置谐振频率单一、工作频带窄的问题，本发明提供一种频率可调压电振动发电装置，能够实现频率的调节，提高装置对环境的适应性，实现更高的发电效率。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种压电振动发电装置，其特征在于：包括L型底座、T型悬臂梁、C型滑台、微分头、压电片；L型底座上设置有与C型滑台相配合的滑槽，C型滑台滑动连接在L型底座上，可沿滑槽移动；微分头一端固定在L型底座上，另一端与C型滑台连接；T型悬臂梁的连接端固定在L型底座上，自由端穿过C型滑台且自由端端部设置有调质螺栓；压电片贴设在T型悬臂梁上；压电振动发电装置通过L型底座与环境结构固定；当T型悬臂梁受到外界激励产生振动时，T型悬臂梁带动压电片振动，压电片发生形变而发电；通过C型滑台在L型底座上沿悬臂梁方向的移动来改变T型悬臂梁的有效悬臂长度，实现发电装置频率可调。
作为优选方案，所述的压电振动发电装置，其特征在于：所述L型底座上表面设置滑槽，所述滑槽为燕尾槽，C型滑台的底部设置有与燕尾槽相配合的燕尾榫。
作为优选方案，所述的压电振动发电装置，其特征在于：所述L型底座上设置有用于连接微分头的安装内螺纹，所述微分头的旋钮处设置有与安装内螺纹相配合的安装外螺纹，微分头通过安装外螺纹连接固定在L型底座上。
作为优选方案，所述的压电振动发电装置，其特征在于：所述L型底座上设置有安装通孔，压电振动发电装置通过L型底座上的安装通孔与环境结构固定。
作为优选方案，所述的压电振动发电装置，其特征在于：所述T型悬臂梁的自由端开设调质通孔，用于安装调质螺栓，通过增减调质螺栓上的螺母个数，改变T型悬臂梁自由端端部集中质量。
作为优选方案，所述的压电振动发电装置，其特征在于：所述C型滑台上设置有贯穿通孔和连接通孔，所述微分头的顶杆端部加工连接外螺纹；微分头的顶杆端部穿过贯穿通孔后、通过两个滑台螺母和连接外螺纹与C型滑台在连接通孔处固接在一起。
作为优选方案，所述的压电振动发电装置，其特征在于：所述C型滑台上设置有贯穿缺口和固定缺口，T型悬臂梁的连接端通过安装螺钉固定在L型底座上，自由端依次穿过C型滑台上的贯穿缺口、固定缺口后，在调质通孔处安装调质螺栓。
进一步的，所述的压电振动发电装置，其特征在于：所述固定缺口上下两表面为平面，固定缺口与T型悬臂梁之间采用间隙配合，固定缺口间隙高度与T型悬臂梁厚度满足基本尺寸相同，固定缺口按正偏差加工。
作为优选方案，所述的压电振动发电装置，其特征在于：所述压电片通过胶水贴设在T型悬臂梁上。
有益效果：本发明提供的一种压电振动发电装置，可以根据需要，旋拧旋钮使C型滑台在悬臂梁方向上的前后移动来改变T型悬臂梁的有效振动长度，实现发电装置频率可调，且结构简单，能够实现频率的调节，提高装置对环境的适应性，实现更高的发电效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中L型底座结构示意图；
图3为本发明中T型悬臂梁结构示意图；
图4为本发明中C型滑台结构示意图；
图5为本发明中微分头结构示意图；
图中：1-L型底座、2-T型悬臂梁、3-C型滑台、4-微分头、5-调质螺栓、6-压电片、7-滑台螺母、8-安装螺钉；1.1-燕尾槽、1.2-安装内螺纹、1.3-安装通孔；2.1-调质通孔；3.1-燕尾榫、3.2-连接通孔、3.3-固定缺口、3.4-贯穿缺口、3.5-贯穿通孔；4.1-旋钮、4.2-安装外螺纹、4.3-顶杆、4.4-连接外螺纹。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1-图5所示，本发明提供的一种频率可调压电振动发电装置，包括L型底座1、T型悬臂梁2、C型滑台3、微分头4、调质螺栓5、压电片6、滑台螺母7、安装螺钉8；
所述L型底座1上加工有燕尾槽1.1、安装内螺纹1.2及安装通孔1.3；
所述T型悬臂梁2的自由端加工调质通孔2.1，用于安装调质螺栓5，通过增减调质螺栓上的螺母个数，改变T型悬臂梁端部集中质量；
所述C型滑台3上加工有燕尾榫3.1、连接通孔3.2、固定缺口3.3、贯穿缺口3.4及贯穿通孔3.5；所述固定缺口3.3上下两表面为平面，固定缺口3.3与T型悬臂梁2采用间隙配合，固定缺口间隙高度与T型悬臂梁厚度满足基本尺寸相同，固定缺口按正偏差加工；
所述微分头4的顶杆4.3端部加工连接外螺纹4.4，旋钮4.1处加工安装外螺纹4.2。
L型底座1上的燕尾槽1.1与C型滑台3上的燕尾榫3.1配合连接，两者可相对滑动；微分头4的顶杆端部穿过贯穿通孔3.5，与C型滑台3通过两个滑台螺母7和连接外螺纹4.4，在连接通孔3.2处固接在一起；微分头4通过安装外螺纹4.2、安装内螺纹1.2连接固定在L型底座1上；T型悬臂梁2的一端通过安装螺钉8固定在L型底座1上，自由端依次穿过C型滑台3上的贯穿缺口3.4、固定缺口3.3后，在调质通孔2.1处安装调质螺栓5；压电片6通过高强胶水贴在T型悬臂梁2；整个装置通过L型底座1上的安装通孔1.3，与环境结构通过螺栓连接固定。
本发明压电振动发电装置的工作过程如下：当发电装置的T型悬臂梁2随外界环境振动时，T型悬臂梁2带动压电片6振动，压电片6发生形变而放电。若微分头4的精密螺纹的螺距是a，可动刻度有n个等分刻度，可动刻度每旋转一周，顶杆4.3前进或后退a，即旋转每个等分刻度可使顶杆前进或后退a/n。当环境振动频率发生变化时，悬拧旋钮N个等分刻度，顶杆4.3移动N × a / n,由于顶杆4.3端部与C型滑台3固定，因此C型滑台3位置也改变，从而变化T型悬臂梁2自由端到固定缺口3.3的有效悬臂长度而改变其固有频率，进而调节发电装置的工作频带。
综上所述，本发明提出的一种频率可调压电振动发电装置，可以根据需要，旋拧旋钮使C型滑台在悬臂梁方向上的前后移动来改变T型悬臂梁的有效悬臂长度，实现发电装置频率可调，且结构简单。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种压电振动发电装置，其特征在于：包括L型底座、T型悬臂梁、C型滑台、微分头、压电片；L型底座上设置有与C型滑台相配合的滑槽，C型滑台滑动连接在L型底座上，可沿滑槽移动；微分头一端固定在L型底座上，另一端与C型滑台连接；T型悬臂梁的连接端固定在L型底座上，自由端穿过C型滑台且自由端端部设置有调质螺栓；压电片贴设在T型悬臂梁上；压电振动发电装置通过L型底座与环境结构固定；当T型悬臂梁受到外界激励产生振动时，T型悬臂梁带动压电片振动，压电片发生形变而发电；通过C型滑台在L型底座上沿悬臂梁方向的移动来改变T型悬臂梁的有效悬臂长度，实现发电装置频率可调。
2.根据权利要求1所述的压电振动发电装置，其特征在于：所述L型底座上表面设置滑槽，所述滑槽为燕尾槽，C型滑台的底部设置有与燕尾槽相配合的燕尾榫。
3.根据权利要求1所述的压电振动发电装置，其特征在于：所述L型底座上设置有用于连接微分头的安装内螺纹，所述微分头的旋钮处设置有与安装内螺纹相配合的安装外螺纹，微分头通过安装外螺纹连接固定在L型底座上。
4.根据权利要求1所述的压电振动发电装置，其特征在于：所述L型底座上设置有安装通孔，压电振动发电装置通过L型底座上的安装通孔与环境结构固定。
5.根据权利要求1所述的压电振动发电装置，其特征在于：所述T型悬臂梁的自由端开设调质通孔，用于安装调质螺栓，通过增减调质螺栓上的螺母个数，改变T型悬臂梁自由端端部集中质量。
6.根据权利要求1所述的压电振动发电装置，其特征在于：所述C型滑台上设置有贯穿通孔和连接通孔，所述微分头的顶杆端部加工连接外螺纹；微分头的顶杆端部穿过贯穿通孔后、通过滑台螺母和连接外螺纹与C型滑台在连接通孔处固接在一起。
7.根据权利要求1所述的压电振动发电装置，其特征在于：所述C型滑台上设置有贯穿缺口和固定缺口，T型悬臂梁的连接端通过安装螺钉固定在L型底座上，自由端依次穿过C型滑台上的贯穿缺口、固定缺口。
8.根据权利要求7所述的压电振动发电装置，其特征在于：所述固定缺口上下两表面为平面，固定缺口与T型悬臂梁之间采用间隙配合。
9.根据权利要求1所述的压电振动发电装置，其特征在于：所述压电片通过胶水贴设在T型悬臂梁上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20190108 Termination date: 20210527 |