CN107565848B - 一种低频车载间接激励式俘能器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低频车载间接激励式俘能器，属汽车电子及自供电领域。装有限位磁铁和限位簧片的端盖安装在壳体上，套有滑块的方形导柱上下两端分别镶嵌在端盖和壳体的底壁上，滑块上设有凸台，凸台上安装有压电振子和弹簧片，滑块上下两侧分别安装有动磁铁；壳体底壁上装有限位簧片和限位磁铁；动磁铁与限位磁铁的同性磁极相对安装；壳体左右侧壁上设有凸台，弹簧片的另一端装在凸台上；弹簧片两侧压电振子数量相等，压电振子的自由端装有被悬浮磁铁，弹簧片上装有悬浮磁铁，悬浮磁铁与被悬浮磁铁的同性磁极相对安装；非工作时压电片上的最大压应力为其许用压应力的一半；当压电振子与限位簧片相接触时，压电片所受的最大压应力为其许用压应力。

Description

一种低频车载间接激励式俘能器

技术领域

本发明属于汽车电子技术及自供电技术领域，具体涉及一种低频车载间接激励式俘能器。

背景技术

汽车定位导航系统在现实生活中已有广泛应用，但其功能单一，主要是以引导驾驶员前往目的地为目标的。从实际应用的角度，车载定位跟踪系统还可实现车速实时监测上报、重大交通事故自动报警、或车辆被盗追踪等功能。由于现有定位系统是利用发动机供电的，发动机断电或出现故障时定位系统将无法继续工作；此外，现有定位系统都是外置的，可人为地关闭或被破坏掉，也无法用于速度监测和失窃追踪等方面。因此，为拓展车辆定位跟踪系统的功能和实用性，首先需解决其能量供应问题，并需将电源及定位系统隐秘、密闭地安装，从而以提其高可靠性和安全性。为此，人们提出了多种形式的压电及电磁式振动发电装置，但由于结构原理或器件特性的原因，现有振动发电装置的固有频率都相对较高，不能很好地满足低频及大振幅车载环境。

发明内容

为满足低频、大振幅车载振动环境的应用需求，本发明提出一种低频车载间接激励式俘能器，本发明采用的实施方案是：安装有限位磁铁一和限位簧片的端盖经螺钉安装在壳体上，套有滑块的方形导柱的上下两端分别镶嵌在端盖和壳体的底壁上；滑块上设有凸台一，凸台一上经螺钉和压板安装有压电振子和弹簧片，滑块的上下两侧经螺钉分别安装有动磁铁一和动磁铁二；壳体的底壁上经螺钉安装有限位簧片和限位磁铁二，限位磁铁二和限位磁铁一套在方形导柱上；动磁铁一与动磁铁二的异性磁极相对安装，动磁铁一与限位磁铁一的同性磁极相对安装，动磁铁二与悬浮磁铁二的同性磁极相对安装；壳体的左右侧壁上都设有凸台二，弹簧片的另一端经螺钉和压块安装在凸台二上；弹簧片两侧的压电振子的数量相等且对称布置，压电振子由基板和压电片粘接而成，基板靠近弹簧片安装；压电振子的自由端经螺钉安装有被悬浮磁铁，弹簧片上经螺钉安装有悬浮磁铁，悬浮磁铁与被悬浮磁铁的同性磁极相对安装。

压电振子安装前为平直结构、安装后为弯曲结构，非工作时压电片上的最大压应力为其许用压应力的一半，即压电振子的变形量为其最大允许变形量的一半并由下式确定：其中：B＝1-α+αβ，A＝α⁴(1-β)²-4α³(1-β)+6α²(1-β)-4α(1-β)+1，α＝h_m/H，β＝E_m/E_p，h_m和H分别为基板厚度和压电振子总厚度，E_m和E_p分别为基板和压电片的杨氏模量，k₃₁和分别为压电陶瓷材料的机电耦合系数和许用压应力，L为压电振子的长度。

非工作时弹簧片不发生弯曲变形，弹簧片两侧压电振子的应力分布及变形状态分别相同；工作时，即环境中存在振动时，滑块在其自身惯性力作用下产生与壳体的相对运动，再通过弹簧片、悬浮磁铁及被悬浮磁铁迫使压电振子弯曲变形并将机械能转换成电能：壳体向下运动时，滑块向上运动，限位磁铁二与动磁铁二之间的距离增加、排斥力减小，限位磁铁一与动磁铁一之间的距离减小、排斥力增加；相反，壳体向上运动时，滑块向下运动，限位磁铁二与动磁铁二之间的距离减小、排斥力增加，限位磁铁一与动磁铁一之间的距离增加、排斥力减小；当压电振子与限位簧片相接触时，压电振子的变形量为其许用变形量、压电片所受最大压应力为其许用压应力。

优势与特色：①工作中压电片仅承受压应力，避免因受拉应力过大损毁、可靠性高；②限位簧片确保压电振子变形量不超过许用值，适于大振幅、高强度振动环境；③系统基频主要由限位磁铁与动磁铁及附加质量决定，系统刚度低，故可实现低频能量回收。

附图说明

图1是本发明一个较佳实施例中俘能器的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图。

具体实施方式

安装有限位磁铁一c和限位簧片r的端盖b经螺钉安装在壳体a上，套有滑块d的方形导柱e的上下两端分别镶嵌在端盖b和壳体a的底壁上；滑块d上设有凸台一d1，凸台一d1上经螺钉和压板n安装有压电振子h和弹簧片i，滑块d的上下两侧经螺钉分别安装有动磁铁一f和动磁铁二f’；壳体a的底壁上经螺钉安装有限位簧片r和限位磁铁二c’，限位磁铁二c’和限位磁铁一c套在方形导柱e上；动磁铁一f与动磁铁二f’的异性磁极相对安装，动磁铁一f与限位磁铁一c的同性磁极相对安装，动磁铁二f’与悬浮磁铁二c’的同性磁极相对安装；壳体a的左右侧壁上都设有凸台二a1，弹簧片i的另一端经螺钉和压块g安装在凸台二a1上；弹簧片i两侧的压电振子h的数量相等且对称布置，压电振子h由基板h1和压电片h2粘接而成，基板h1靠近弹簧片i安装；压电振子h的自由端经螺钉安装有被悬浮磁铁j，弹簧片i上经螺钉安装有悬浮磁铁m，悬浮磁铁m与被悬浮磁铁j的同性磁极相对安装。

压电振子h安装前为平直结构、安装后为弯曲结构，非工作时压电片h2上的最大压应力为其许用压应力的一半，即压电振子h的变形量为其最大允许变形量的一半并由下式确定：其中：B＝1-α+αβ，A＝α⁴(1-β)²-4α³(1-β)+6α²(1-β)-4α(1-β)+1，α＝h_m/H，β＝E_m/E_p，h_m和H分别为基板h1厚度和压电振子h总厚度，E_m和E_p分别为基板h1和压电片h2的杨氏模量，k₃₁和分别为压电陶瓷材料的机电耦合系数和许用压应力，L为压电振子h的长度。

非工作时弹簧片i不发生弯曲变形，弹簧片i两侧压电振子h的应力分布及变形状态分别相同；工作时，即环境中存在振动时，滑块d在其自身惯性力作用下产生与壳体a的相对运动，再通过弹簧片i、悬浮磁铁j及被悬浮磁铁m迫使压电振子h弯曲变形并将机械能转换成电能：壳体a向下运动时，滑块d向上运动，限位磁铁二c’与动磁铁二f’之间的距离增加、排斥力减小，限位磁铁一c与动磁铁一f之间的距离减小、排斥力增加；相反，壳体a向上运动时，滑块d向下运动，限位磁铁二c’与动磁铁二f’之间的距离减小、排斥力增加，限位磁铁一c与动磁铁一f之间的距离增加、排斥力减小；当压电振子h与限位簧片r相接触时，压电振子h的变形量为其许用变形量、压电片h2所受最大压应力为其许用压应力。

Claims (1)

1.一种低频车载间接激励式俘能器，其特征在于：安装有限位磁铁一和限位簧片的端盖安装在壳体上，套有滑块的方形导柱的上下两端分别镶嵌在端盖和壳体的底壁上；滑块上设有凸台一，凸台一上经螺钉和压板安装有压电振子和弹簧片，滑块的上下两侧分别安装有动磁铁一和动磁铁二；壳体的底壁上安装有限位簧片和限位磁铁二，限位磁铁二和限位磁铁一套在方形导柱上；动磁铁一与动磁铁二的异性磁极相对安装，动磁铁一与限位磁铁一的同性磁极相对安装，动磁铁二与悬浮磁铁二的同性磁极相对安装；壳体的左右侧壁上都设有凸台二，弹簧片的另一端经螺钉和压块安装在凸台二上；弹簧片两侧的压电振子的数量相等且对称布置，压电振子由基板和压电片粘接而成，基板靠近弹簧片安装；压电振子的自由端安装有被悬浮磁铁，弹簧片上安装有悬浮磁铁，悬浮磁铁与被悬浮磁铁的同性磁极相对安装；压电振子安装前为平直结构、安装后为弯曲结构；非工作时，压电片上的最大压应力为其许用压应力的一半，弹簧片不发生弯曲变形，弹簧片两侧压电振子应力分布及变形状态分别相同；当压电振子与限位簧片相接触时，压电振子的变形量为其许用变形量、压电片所受的最大压应力为其许用压应力。