CN108471256B - 一种双模压电振动发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双模压电振动发电装置，包括L型底座、T型悬臂梁、d33模式压电晶体、d31模式压电片、可调质量块、质量压块、基座、隔振弹簧和四根引导柱，d31模式压电片贴装在悬臂端的近固定端处，悬臂端的远固定端处下方通过螺纹连接可调质量块，四根引导柱的一端与L型底座的底板螺纹连接，另一端依次穿过基座、质量压块和可调质量块四角的长圆通孔，可调质量块和质量压块之间的引导柱以及所述基座和L型底座的底板之间的引导柱上均设有隔振弹簧。本发明既能实现d33模式中垂直应力下的能量收集，又能实现d31模式中轴向应力下的能量收集，从而实现多种模式的压电能量收集，且结构简单，提高装置对环境的适应性，实现更高的发电效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种双模压电振动发电装置，属于发电技术领域。
背景技术
由于人类环保意识的增强和对未来能源危机的担心,人们开始寻找新能源。压电振动发电装置（piezoelectric vibration power generator, PVPG）以其结构简单、成本低、易于实现等优点在能量收集中的应用越来越受到人们的青睐，该装置可收集无线传感器网络环境振动能量，将其转换为电能为网络中传感器节点供电，保证无线传感器网络的长期有效工作。
当前基于压电效应的PVPG主要为d31模式的薄金属悬臂梁压电振子结构，存在压电能量收集模式单一、工作频带窄的缺点，在复杂环境中的PVPG的供电效果并不好。
期刊“多方向宽频带压电式振动能量采集器研究进展”研究表明, 压电单晶片只适用于外界振动频率较低、负载也较低的情况，当环境振动频率与谐振频率相差过大时，发电效率显著降低。为了解决上述问题，中国发明专利“一种频率可调压电振动发电装置”（CN107154751A）根据实际环境中的振动源频率范围，调节悬臂梁的伸出长度，以此来调节d31模式压电片的谐振频率，从而使悬臂梁的谐振频率范围覆盖环境中振动振源频率带宽度，实现宽频能量收集。但该装置振动模式单一，谐振频率可调范围有限。
发明内容
目的：为了克服技术中存在的不足，解决现有技术中压电能量收集模式单一、工作频带窄的问题，本文提供一种双模压电振动发电装置，能够实现多种模式的压电能量收集，提高装置对环境的适应性，实现更高的发电效率。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种双模压电振动发电装置，包括L型底座、T型悬臂梁、d33模式压电晶体、d31模式压电片、可调质量块、质量压块、基座、隔振弹簧和四根引导柱，所述L型底座包括底板和侧板，且底板与侧板呈L型一体成型，所述 T型悬臂梁包括固定端和悬臂端，且固定端与悬臂端呈T字型一体成型，所述固定端通过安装螺栓固定在L型底座的侧板上，且所述悬臂端与底板平行，所述d31模式压电片贴装在T型悬臂梁的近固定端处，所述T型悬臂梁的悬臂端下方通过螺纹连接可调质量块，所述可调质量块、质量压块和基座的四角均开有长圆通孔，所述四根引导柱的一端与L型底座的底板螺纹连接，另一端依次穿过基座、质量压块和可调质量块四角的长圆通孔，所述质量压块的底面和所述基座的底面开设有矩形槽，所述d33模式压电晶体分别与质量压块和基座通过矩形槽配合连接，所述可调质量块和质量压块之间的引导柱以及所述基座和L型底座的底板之间的引导柱上均设有隔振弹簧。
优选地，所述L型底座的底板上设有四个安装通孔和四个螺纹通孔，所述L型底座通过四个安装通孔固定安装在环境结构上，所述四个引导柱通过底板上的四个螺纹通孔与L型底座固定连接。
优选地，所述L型底座的侧板顶端开有两个螺纹通孔，且侧板的侧面开有连接槽，所述T型悬臂梁的固定端插接在侧板的连接槽中，且由安装螺栓通过侧板顶端的两个螺纹孔连接。
优选地，所述T型悬臂梁的悬臂端的宽度小于可调质量块上长圆通孔的间距。
优选地，所述d31模式压电片通过胶水贴设在T型悬臂梁的近固定端处。
优选地，所述可调质量块、质量压块以及基座四角上的长圆通孔的宽度等于引导柱的直径。
有益效果：本发明提供一种双模压电振动发电装置，既能实现d33中垂直应力下的能量收集，又能实现d31模式中轴向应力下的能量收集，从而实现多种模式的压电能量收集，且结构简单，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是本发明的整体结构图；
图2为本发明的L型底座结构示意图；
图3为本发明的T型悬臂梁结构示意图；
图4为本发明的可调质量块结构示意图；
图5位本发明的质量压块底面结构示意图；
图6为本发明的基座顶面立体结构示意图；
图7为本发明的引导柱结构示意图；
图中： L型底座1、底板1-1、侧板1-2、安装通孔1-3、螺纹通孔1-4、连接槽1-5、T型悬臂梁2、固定端2-1、悬臂端2-2、d33模式压电晶体3、d31模式压电片4、可调质量块5、质量压块6、基座7、隔振弹簧8、引导柱9，安装螺栓10、长圆通孔11、矩形槽12。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
如图1所示，一种双模压电振动发电装置，包括L型底座、T型悬臂梁、d33模式压电晶体、d31模式压电片、可调质量块、质量压块、基座、隔振弹簧和四根引导柱，所述L型底座包括底板和侧板，且底板与侧板呈L型一体成型，所述 T型悬臂梁包括固定端和悬臂端，且固定端与悬臂端呈T字型一体成型，所述固定端通过安装螺栓固定在L型底座的侧板上，且所述悬臂端与底板平行，所述d31模式压电片贴装在T型悬臂梁的近固定端处，所述T型悬臂梁的悬臂端下方通过安装螺栓与可调质量块螺纹连接，所述可调质量块、质量压块和基座的四角均开有长圆通孔，所述四根引导柱的一端与L型底座的底板螺纹连接（如图7所示，与底板螺纹连接的引导柱的一端设有螺纹），另一端依次穿过基座、质量压块和可调质量块四角的长圆通孔，所述质量压块的底面和所述基座的底面开设有矩形槽，所述d33模式压电晶体分别与质量压块和基座通过矩形槽配合连接，所述可调质量块和质量压块之间的引导柱以及所述基座和L型底座的底板之间的引导柱上均设有隔振弹簧。
优选地，所述L型底座的底板上设有四个安装通孔和四个螺纹通孔，所述L型底座通过四个安装通孔固定安装在环境结构上，所述四个引导柱通过底板上的四个螺纹通孔与L型底座固定连接。
优选地，所述L型底座的侧板顶端开有两个螺纹通孔，且侧板的侧面开有连接槽，所述T型悬臂梁的固定端插接在侧板的连接槽中，且由安装螺栓通过侧板顶端的两个螺纹孔连接。
优选地，所述T型悬臂梁的悬臂端的宽度小于可调质量块上长圆通孔的间距。
优选地，所述d31模式压电片通过胶水贴设在T型悬臂梁的近固定端处。
优选地，所述可调质量块、质量压块以及基座四角上的长圆通孔的宽度等于引导柱的直径。
本发明的工作原理如下：当发电装置的T型悬臂梁随外界环境振动时，一方面，T型悬臂梁带动d31模式压电片振动，d31模式压电片发生形变而放电；另一方面，T型悬臂梁由可调质量块通过隔振弹簧带动质量压块和基座挤压d33模式压电晶体，d33模式压电晶体发生形变而放电；引导柱穿过质量压块和基座的长圆通孔，保证了质量压块和基座只从垂直方向挤压d33模式压电晶体。通过变换可调质量块，可以调整双模压电振动发电装置的固有频率，使之接近环境振动频率，进而提高发电装置的发电效率。
本发明中，如图3所示的T型悬臂梁上开设有与安装螺栓配合连接的螺纹通孔，属于常规技术手段，故而在权利要求中未详述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的两种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围 。
Claims (6)
1.一种双模压电振动发电装置，其特征在于： 包括L型底座、T型悬臂梁、d33模式压电晶体、d31模式压电片、可调质量块、质量压块、基座、隔振弹簧和四根引导柱，所述L型底座包括底板和侧板，且底板与侧板呈L型一体成型，所述 T型悬臂梁包 括固定端和悬臂端，且固定端与悬臂端呈T字型一体成型，所述固定端通过安装螺栓固定在L型底座的侧板上，且所述悬臂端与底板平行，所述d31模式压电片贴装在T型悬臂梁的近固定端处，所述T型悬臂梁的远固定端处下方通过螺纹连接可调质量块，所述可调质量块、质量压块和基座的四角均开有长圆通孔，所述四根引导柱的一端与L型底座的底板螺纹连接，另一端依次穿过基座、质量压块和可调质量块四角的长圆通孔，所述质量压块的底面和所述基座的底面开设有矩形槽，所述d33模式压电晶体分别与质量压块和基座通过矩形槽配合连接，所述可调质量块和质量压块之间的引导柱以及所述基座和L型底座的底板之间的引导柱上均设有隔振弹簧。
2.根据权利要求1所述的一种双模压电振动发电装置 ，其特征在于，所述L型底座的底板上设有四个安装通孔和四个螺纹通孔，所述L型底座通过四个安装通孔固定安装在环境结构上，所述四个引导柱通过底板上的四个螺纹通孔与 L型底座固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种双模压电振动发电装置 ，其特征在于，所述L型底座的侧板顶端开有两个螺纹通孔，且侧板的侧面开有连接槽，所述T型悬臂梁的固定端插接在侧板的连接槽中，且由安装螺栓通过侧板顶端的两个螺纹孔连接。
4.根据权利要求1所述的一种双模压电振动发电装置 ，其特征在于，所述T型悬臂梁的悬臂端的宽度小于可调质量块上长圆通孔的间距。
5.根据权利要求1所述的一种双模压电振动发电装置 ，其特征在于，所述d31模式压电片通过胶水贴设在T型悬臂梁的近固定端处。
6.根据权利要求1所述的一种双模压电振动发电装置 ，其特征在于，所述可调质量块、质量压块以及基座四角上的长圆通孔的宽度等于引导柱的直径。
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