CN110808693A - 一种双梁低频旋转机械能收集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双梁低频旋转机械能收集装置，其特征在于：包括第一基座、压电片、收集悬臂梁、第一质量块、第二质量块、激励悬臂梁及第二基座，第一基座及第二基座均与转动机构连接，收集悬臂梁的左端与第一基座固定，收集悬臂梁的上表面靠近左侧设置有压电片，收集悬臂梁的右端固定安装第一质量块；激励悬臂梁的右端与所述第二基座固定，激励悬臂梁的左端与第二质量块连接，第一质量块与第二质量块垂直相对。本发明结构设计科学合理，以双悬臂梁为基础能量收集结构结构设置及设计简单，易于制作及维护；且激励悬臂梁在低频激励下达到共振，与收集悬臂梁产生碰撞，以激励收集悬臂梁产生形变，可适用于低频率的旋转能量收集。
Description
技术领域
本发明属于能量转化与收集技术领域，涉及能量收集装置，特别涉及一种双梁低频旋转机械能收集装置。
背景技术
能量收集技术近几十年来得到了显着发展，因为它能够为低消耗电子元件产生可持续电力。特别是对于无线传感器网络，这是一种革命性的技术，有可能开发出“自给自足的无线系统”。
环境中的机械能是一种常见的能源。旋转是常见的机械运动，例如在齿轮，叶片，马达和车轮等结构中。在旋转能量收集中，低频旋转是一个重要的研究点，因为通常旋转的频率不会太高(大于50Hz)，较为常用的旋转机构频率一般较低(小于10Hz)，甚至小于5Hz。对于最常用的压电悬臂梁式能量收集结构，由于压电片与悬臂梁贴合后的厚度较大，其共振频率难以设计在小于5Hz的低频范围，大大影响了其收集效率。
通过对公开专利文献的检索，并未发现与本专利申请相似的公开专利文献。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种双梁低频旋转机械能收集装置，以双悬臂梁为基础能量收集结构结构设置及设计简单，易于制作及维护；且激励悬臂梁在低频激励下达到共振，与收集悬臂梁产生碰撞，以激励收集悬臂梁产生形变，可适用于低频率的旋转能量收集。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种双梁低频旋转机械能收集装置，其特征在于：包括第一基座、压电片、收集悬臂梁、第一质量块、第二质量块、激励悬臂梁及第二基座，所述第一基座及第二基座均与转动机构连接，所述收集悬臂梁的左端与所述第一基座固定，所述收集悬臂梁的上表面靠近左侧设置有压电片，所述收集悬臂梁的右端固定安装所述第一质量块；所述激励悬臂梁的右端与所述第二基座固定，所述激励悬臂梁的左端与所述第二质量块连接，所述第一质量块与所述第二质量块垂直相对。
而且，所述收集悬臂梁及激励悬臂梁采用铝合金材料，且厚度在0.5mm以上。
而且，所述压电片采用压电陶瓷或压电纤维复合材料或聚偏氟乙烯。
而且，所述第一质量块及第二质量块采用非磁性金属材料。
而且，所述第一质量块与第二质量块之间的间距为0～20mm。
而且，收集悬臂梁的共振频率为激励悬臂梁的5～10倍。
本发明的优点和有益效果为：
1、本发明以双悬臂梁为基础能量收集结构，与其他方法相比，结构设置及设计简单，易于制作及维护。
2、本发明使激励悬臂梁在低频激励下达到共振，与收集悬臂梁产生碰撞，以激励收集悬臂梁产生形变，可适用于低频率的旋转能量收集。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
附图标记说明
1-第一基座、2-压电片、3-收集悬臂梁、4-第一质量块、5-第二质量块、6-激励悬臂梁、7-第二基座。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种双梁低频旋转机械能收集装置，其特征在于：包括第一基座1、压电片2、收集悬臂梁3、第一质量块4、第二质量块5、激励悬臂梁6及第二基座7，所述第一基座及第二基座均与转动机构连接，所述收集悬臂梁的左端与所述第一基座固定，所述收集悬臂梁的上表面靠近左侧设置有压电片，所述收集悬臂梁的右端固定安装所述第一质量块；所述激励悬臂梁的右端与所述第二基座固定，所述激励悬臂梁的左端与所述第二质量块连接，所述第一质量块与所述第二质量块垂直相对。
收集悬臂梁及激励悬臂梁采用铝合金材料，且厚度在0.5mm以上，以确保使用寿命。
压电片采用压电陶瓷或压电纤维复合材料或聚偏氟乙烯，因其能量收集效率高、可弯折、寿命长。
第一质量块及第二质量块采用非磁性金属材料。
第一质量块与第二质量块之间的间距为0～20mm。
收集悬臂梁的共振频率为激励悬臂梁的5～10倍。
本发明的工作原理为：
与第一基座、第二基座分别连接的转动机构在运行的过程中产生旋转的机械运动，激励悬臂梁与收集悬臂梁通过第一、二基座与转动机构固定；在此过程中，第二质量块由于重力作用将会呈现周期性加速度，在旋转频率与激励悬臂梁的共振频率设置为一致时，激励悬臂梁将达到共振状态，产生较大的振幅。第二质量块将会与第一质量块产生碰撞，由于碰撞的力而对收集悬臂梁产生激励，收集悬臂梁与压电片共同产生形变，通过压电效应产生交变电压，从而达到低频旋转机械能收集的有益效果。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (6)
1.一种双梁低频旋转机械能收集装置，其特征在于：包括第一基座、压电片、收集悬臂梁、第一质量块、第二质量块、激励悬臂梁及第二基座，所述第一基座及第二基座均与转动机构连接，所述收集悬臂梁的左端与所述第一基座固定，所述收集悬臂梁的上表面靠近左侧设置有压电片，所述收集悬臂梁的右端固定安装所述第一质量块；所述激励悬臂梁的右端与所述第二基座固定，所述激励悬臂梁的左端与所述第二质量块连接，所述第一质量块与所述第二质量块垂直相对。
2.根据权利要求1所述的双梁低频旋转机械能收集装置，其特征在于：所述收集悬臂梁及激励悬臂梁采用铝合金材料，且厚度在0.5mm以上。
3.根据权利要求1所述的双梁低频旋转机械能收集装置，其特征在于：所述压电片采用压电陶瓷或压电纤维复合材料或聚偏氟乙烯。
4.根据权利要求1所述的双梁低频旋转机械能收集装置，其特征在于：所述第一质量块及第二质量块采用非磁性金属材料。
5.根据权利要求1所述的双梁低频旋转机械能收集装置，其特征在于：所述第一质量块与第二质量块之间的间距为0～20mm。
6.根据权利要求1所述的双梁低频旋转机械能收集装置，其特征在于：收集悬臂梁的共振频率为激励悬臂梁的5～10倍。
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| JP2008153689A (ja) * | 1999-10-01 | 2008-07-03 | Ngk Insulators Ltd | 圧電／電歪デバイス |
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2019
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