CN107364772B - 一种压电式电梯报警器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种压电式电梯报警器，属电梯产品技术领域。外壁端部装有端盖，底座上装有内壳，内壳壳底上设有通孔及侧柱，侧柱均布于壳底的圆周上，侧柱上装有一组压电振子；底座上装有转轴，转轴上从右至左依次装有单向轴承、卡簧、激励轮、平键、卡簧、单向轴承及摇杆；摇杆套筒固定在在转轴上；激励轮上设有均布的激励块，激励块最外端是以转轴的轴心为中心的圆弧；内壳的壳底上装有电路板，电路板上设有能量转换电路及信号发射系统；转动摇杆时激励块接触并拨动压电振子发电，电能累积足够时电路板上的信号发射系统即发射报警信号；激励块在压电振子变形量达到许用值前与压电振子脱开。
Description
技术领域
本发明属于电梯产品技术领域，具体涉及一种压电式电梯报警器。
背景技术
近年来，随着城镇化的推进及居民生活水平的提高，电梯已成为百姓生产、生活中不可或缺的垂直交通工具。但伴随着电梯的爆发式增长，随之而来的是电梯事故的居高不下。而电梯无线报警系统可缩短电梯困人事故的应急响应时间，解决电梯困人救援及时性问题。目前安装在电梯内的报警呼叫器，不宜接线为其供电，其信号发射器大多依靠电池供电，其能量有限，需要经常更换，浪费人力物力，易造成环境污染。且若在危急情况下电池供能不足，会阻碍救援，存在极大的安全隐患。为代替传统化学电池，满足类似于电梯报警系统信号发射器等微功率、微小型电子产品的自供电需求，国内外学者相继提出了基于静电、电磁、热电及压电等原理的微小型能量捕获器(亦称微小型发电机或俘能器)，其中压电能量捕获器以其结构简单、无电磁干扰、能量密度大、易于实现微小化和集成化等优势而使其适用范围更广。但由于压电晶片为脆性材料，易因所受拉应力过大而破碎。因此，为使压电式供能装置在电梯报警系统中得到实际应用，首先需解决的关键问题是提高其工作的可靠性。
发明内容
本发明提出一种压电式电梯报警器，本发明的实施方案是：外壁端部经螺钉安装有带通孔的端盖，端盖的通孔处设有内凹环台；底座上经螺钉安装有内壳，内壳的壳底上设有通孔及侧柱，侧柱均布于壳底的圆周上，侧柱上经压板及螺钉安装有一组压电振子，压电振子由基板和压电片粘接而成；底座上设有内凹圆台，其上通过内壳的壳底的通孔装有转轴，转轴上从右至左依次装有单向轴承、卡簧、激励轮、平键、卡簧、单向轴承及摇杆，其中：右端单向轴承内圈顶靠在内凹圆台上，外圈则由内壳的壳底的通孔外沿压住；左端单向轴承的内圈顶靠在内凹环台上，外圈则由经螺钉连接在端盖上的压环内缘压住；摇杆的套筒套在转轴上，再经由螺钉固定；激励轮上设有均布的激励块，激励块最外端是以转轴的轴心为中心的圆弧；在内壳的壳底上经垫圈及螺钉安装有电路板，电路板上设有能量转换电路及信号发射系统。
压电振子为长方形悬臂梁，压电振子经导线组与电路板相连，压电振子安装时为平直结构，其工作时自由端变形量的许用值为其中：B＝1-α+αβ，A＝α4(1-β)2-4α3(1-β)+6α2(1-β)-4α(1-β)+1，α＝hm/H，β＝Em/Ep，hm为基板的厚度，H为压电振子总厚度，Em和Ep分别为基板和压电片材料的杨氏模量，k31和分别为压电材料的机电耦合系数和许用压应力，L为压电振子的悬臂长度；为使工作时压电振子的自由端变形量小于其许用值，即激励轮的激励块能在压电振子的变形量达到许用值前脱开，激励块最外端的圆弧半径r应满足其中：d为转轴k中心到压电振子g固定端内沿截面中心的距离。
非工作状态下，激励轮上的激励块不接触压电振子，压电振子不发生弯曲变形，压电片上应力分布状态不变；当转动摇杆时，摇杆带动转轴转动，通过平键使激励轮转动，激励块接触并拨动压电振子悬臂端的基板一侧，使压电振子产生弯曲变形，同时改变压电片上的应力分布状态，压电片上应力分布状态的变化过程中即将机械能转换成了电能；继续转动摇杆，激励块通过压电振子；持续转动摇杆，激励块不断激励、脱开，从而实现持续发电，当电能足够时，电路板即会发出信号，从而实现持续报警；此外，装置采用了单向轴承，使压电振子只受压应力而无或只承受小的拉应力，故可靠性高。
本发明中，压电振子的变形特性由激励块最外端圆弧半径与转轴中心到压电振子固定端内沿截面中心的距离确定，在压电振子的结构及尺度和激励块最外端圆弧半径与转轴中心到压电振子固定端内沿截面中心的距离确定时，可通过激励块最外端圆弧半径加以调整，实现发电效果较好的同时压电片不会产生过大的压应力使压电振子损坏，且压电振子只受压应力，可靠性高；以拨动的方式激励，压电振子工作在一阶模态下，发电效果好。
优势与特色：可收集人转动摇杆的机械能发电，无需附加电源，环境适应能力强；压电振子可确保工作在一阶模态下，发电效果好，且系统发电效果易于通过激励块最外端圆弧半径加以调节；工作中压电振子只受压应力而无或只承受小的拉应力，压电片承受拉应力较小，承受压应力在其许用值内，故可靠性高。
附图说明
图1是本发明一个较佳实施例中报警器的结构剖面图；
图2是图1的I部放大图；
图3是非工作状态下图1的A-A剖视图；
图4是工作状态下激励块即将脱开的图1的A-A剖视图。
具体实施方式
外壁a端部经螺钉安装有带通孔的端盖b1，端盖b1的通孔处设有内凹环台b2；底座j1上经螺钉安装有内壳h，内壳h的壳底h2上设有通孔及侧柱h1，侧柱h1均布于壳底h2的圆周上，侧柱h1上经压板m及螺钉安装有一组压电振子g，压电振子g由基板g1和压电片g2粘接而成；底座j1上设有内凹圆台j2，其上通过内壳h的壳底h2的通孔装有转轴k，转轴k上从右至左依次装有单向轴承d、卡簧l、激励轮i、平键f、卡簧l、单向轴承d及摇杆c，其中：右端单向轴承d内圈顶靠在内凹圆台j2上，外圈则由内壳h的壳底h2的通孔外沿压住；左端单向轴承d的内圈顶靠在内凹环台b2上，外圈则由经螺钉连接在端盖b1上的压环e内缘压住；摇杆c的套筒c1套在转轴k上，再经由螺钉固定；激励轮i上设有均布的激励块i1，激励块i1最外端是以转轴k的轴心为中心的圆弧；在内壳h的壳底h2上经垫圈o及螺钉安装有电路板n，电路板n上设有能量转换电路及信号发射系统；底座j1经螺钉安装在电梯内。
压电振子g为长方形悬臂梁，压电振子g经导线组与电路板n相连，压电振子g安装时为平直结构，其工作时自由端变形量的许用值为其中：B＝1-α+αβ，A＝α4(1-β)2-4α3(1-β)+6α2(1-β)-4α(1-β)+1，α＝hm/H，β＝Em/Ep，hm为基板g1的厚度，H为压电振子g总厚度，Em和Ep分别为基板g1和压电片g2材料的杨氏模量，k31和分别为压电材料的机电耦合系数和许用压应力，L为压电振子g的悬臂长度；为使工作时压电振子g的自由端变形量小于其许用值，即激励轮i的激励块i1能在压电振子g的变形量达到许用值前脱开，激励块i1最外端的圆弧半径r应满足其中：d为转轴k中心到压电振子g固定端内沿截面中心的距离。
非工作状态下，激励轮i上的激励块i1不接触压电振子g，压电振子g不发生弯曲变形，压电片g2上应力分布状态不变；当转动摇杆c时，摇杆c带动转轴k转动，通过平键f使激励轮i转动，激励块i1接触并拨动压电振子g悬臂端，使压电振子g产生弯曲变形，同时改变压电片g2上的应力分布状态，压电片g2上应力分布状态的变化过程中即将机械能转换成了电能；继续转动摇杆c，激励块i1通过压电振子g；持续转动摇杆c，激励块i1不断激励、脱开，从而实现持续发电，当电能足够时，电路板n即会发出信号，从而实现持续报警；此外，装置采用了单向轴承d，使压电振子g只受压应力而无或只产生小的拉应力，故可靠性高。
本发明中，压电振子g的变形特性由激励块i1最外端圆弧半径与转轴k中心到压电振子g固定端内沿截面中心的距离确定，在压电振子g的结构及尺度和激励块i1最外端圆弧半径与转轴k中心到压电振子g固定端内沿截面中心的距离确定时，可通过激励块i1最外端圆弧半径加以调整，实现发电效果较好的同时压电片g2不会产生过大的压应力使压电振子g损坏，且压电振子g只受压应力，可靠性高；以拨动的方式激励，压电振子g工作在一阶模态下，发电效果好。
Claims (1)
1.一种压电式电梯报警器，其特征在于：外壁端部安装有带通孔的端盖，底座上安装有内壳，内壳的壳底上设有通孔及侧柱，侧柱上装有压电振子，压电振子是由基板和压电片粘接而成的悬臂梁；转轴上从右至左依次装有单向轴承、卡簧、激励轮、平键、卡簧、单向轴承及摇杆，转轴经单向轴承安装在端盖和底座上；激励轮上设有均布的激励块，激励块最外端是以转轴的轴心为中心的圆弧；内壳的壳底上装有带能量转换电路及信号发射系统的电路板；转动摇杆时激励块接触并拨动基板一侧使压电振子变形发电，激励块在压电振子变形量达到许用值前与压电振子脱开，电能累积足够时信号发射系统发射报警信号；激励块最外端的圆弧半径r应满足其中：d为转轴中心到压电振子固定端内沿截面中心的距离，B＝1-α+αβ，A＝α4(1-β)2-4α3(1-β)+6α2(1-β)-4α(1-β)+1，α＝hm/H，β＝Em/Ep，hm为基板厚度，Em和Ep分别为基板和压电片材料的杨氏模量，k31和分别为压电材料的机电耦合系数和许用压应力，H、L分别为压电振子的总厚度和悬臂长度。
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