CN111637319B - 一种节能降噪家用电器底座 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种节能降噪家用电器底座，属于节能降噪领域，具体包括支撑装置和设于支撑装置内侧的俘能装置，所述俘能装置包括弹性基体和压电片，所述压电片粘贴在所述弹性基体的底部，且所述压电片的横截面积小于所述弹性基体的横截面积，所述弹性基体与所述支撑装置固定连接，所述弹性基体与所述支撑装置围合形成放置家用电器的容置腔。本发明利用底座上的悬臂压电结构通过压电效应将有害振动转变为电能为微电子设备供电，并降低了洗衣机运行时产生的振动噪声，同时到达节能降噪的目的。
Description
技术领域
本发明涉及节能降噪领域，具体涉及到一种节能降噪家用电器底座，适用于一般家用电器。
背景技术
随着我国社会经济的发展，洗衣机等家用电器越来越广泛地进入普通家庭。洗衣机在对衣服进行清洗和甩干时机体会产生振动从而产生噪音，若洗衣机位置离人们休息的卧室较近，则会影响到了日常休息和学习，给日常生活带来不便。
现有洗衣机一般设置有减振降噪系统用于降低洗衣机正常工作时的振动噪声。如中国专利号CN201920893260.4公开了一种洗衣机用降噪底座，包括支撑板、安装板、降噪组件、门板、固定吸盘，所述安装板安装在所述支撑板顶部，所述支撑板顶部固定连接有若干个限位座，所述限位座内部均安装有有缓震弹簧，所述安装板与所述门板的内壁均安装有所述降噪组件；该装置通过缓震弹簧配合吸音板和隔音板等降噪组件降低噪音，结构复杂，适用率低；而且，长期使用会弹簧恢复能力变差，减震降噪能力也会随之降低，且由于弹簧的弹性恢复能力受损，会使得底座出现倾斜不平的现象，安全性大大降低。另有中国专利号CN201710668453.5公开了一种洗衣机防震底座，包括L型支撑板，L型支撑板顶端外壁焊接有L型挡板，L型支撑板顶端外壁靠近第一伸缩杆一端均通过螺钉固定有缓冲柱，L型支撑板拐角处的底端外壁通过螺钉固定有第二伸缩杆，且第二伸缩杆底端外壁焊接有支撑脚，L型支撑板底端外壁靠近第二伸缩杆一侧开有安装槽，且安装槽内壁通过螺钉固定有推杆电机，且推杆电机的输出端焊接有底板，支撑杆远离L型挡板一侧外壁焊接有弹簧，且弹簧远离支撑杆一端熔接有缓冲板，该装置通过弹簧和缓冲柱降低震动实现降噪，但装置同样存在弹簧减震，依然具有弹簧弹性恢复能力变差带来的降噪能力变弱和安全性问题。其次，上述专利都是通过弹簧消耗洗衣机运行时的振动能量，造成了振动能量的浪费。
发明内容
针对以上现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种节能降噪家用电器底座，利用底座上的悬臂压电结构通过压电效应将有害振动转变为电能为微电子设备供电，并降低了洗衣机运行时产生的振动噪声，同时到达节能降噪的目的。
一种节能降噪家用电器底座，包括支撑装置和设于支撑装置内侧的俘能装置，所述俘能装置包括弹性基体和压电片，所述压电片粘贴在所述弹性基体的底部，且所述压电片的横截面积小于所述弹性基体的横截面积，所述弹性基体与所述支撑装置固定连接，且所述弹性基体与所述支撑装置围合形成放置家用电器的容置腔。
上述所说的家用电器运行时有振动，会产生噪音，如洗衣机、立式空调、冰箱等。采用上述的技术方案：弹性基体和压电片形成固定在支撑装置上的悬臂梁，具有压电效应。将家用电器放置于底座的弹性基体顶部，家用电器如洗衣机运行时，滚筒转动产生的离心力带动洗衣机振动，弹性基体在该外力作用下发生弹性变形，引起悬臂梁弯曲，此时安装于弹性基体底部的压电片在压电效应作用下产生电压，可输出电能为微电子设备供电；同时，由于弹性基体的变形以及部分转变为电压的原故，大大减少了机械振动，有利于消除噪声。因此，本发明不仅消除了洗衣机工作时产生的振动噪声，而且变害为利将有害振动用于发电，实现了节能降噪的目的。
根据宽度分割法的理论，当悬臂梁总宽度一定时，洗衣机工作时滚筒引入的的激励为w＝w0sin(2πnt)，则俘能装置的输出电压参见式(1)：
式中，α是弹性基体与压电片的厚度比，β是弹性基体与压电片的杨氏模量之比，N是悬臂梁的个数，d31是压电片的压电应力常数，L是压电片的长度，K是弹性基体与压电片复合层的整体结构，w0是弹性基体的最大挠度，A是一个复合常数，其值为A＝1+α4(1-β)2-2α(2α2-3α+2)(1-β)，tpm是弹性基体的宽度，tssm是压电片的厚度，ξ是系统结构的阻尼比，k是转筒的转速和系统谐振频率的比值，n是转筒的转速。
进一步的，所述压电片采用压电陶瓷和聚合物的两相复合材料制成的压电片；具有良好的柔韧性，可适应长期的机械振动和变形。
进一步的，所述弹性基体采用轧制铝材料制成。采用轧制铝材料，具有弹性模量大，并且能承受较大的形变和较大的重量，一方面提高了使用安全性，另一方面使得压电效应更加明显。具体弹性基体的选择可参照以下方法：
a、b和w分别为弹性基体的宽、长和高。
弹性基体截面抗弯截面系数W为：
弹性基体所受的最大弯矩Mmax为：
弹性基体变形时的最大应力σmax为：
同时，基体处于弹性变形阶段，σmax＝Eε，E为弹性模量，ε为应变；弹性基体变形挠度为wB，
式中，I为弹性基体的惯性矩，其值为I＝bw3/12；
弹性基体的挠度越大，压电片变形越大，发电功率也就越大。由式(5)可知，wB与E呈反比，E越小wB越大。结合式(4)可知，弹性模量越小，压电效率越高。查阅《金属手册》，综合考虑材料力学性能，可选用轧制铝作为弹性基体的材料，其弹性模量为0.69×105MPa。
进一步的，所述俘能装置为多个，多个所述俘能装置呈矩形分布，即多个俘能装置分别分布在支撑装置矩形结构的各条矩形边上，以更好的产生弹性形变，提高压电效率。
进一步的，所述支撑装置上设有呈阵列状分布的安装孔，所述俘能装置还包括L形夹具、以及与所述安装孔相配合的螺栓螺母组件，所述L形夹具对称设于弹性基体的上下端且与弹性基体紧密接触，所述L形夹具通过螺栓螺母组件固设于所述支撑装置内侧。采用该种固定方式不会破坏弹性基体的完整性，可延长其使用寿命。
进一步的，所述支撑装置包括若干个支脚和设于相邻所述支脚间的连接杆，所述支脚具有两个相互垂直的挡板，所述连接杆与相邻挡板固接。挡板可保护家用电器在运行过程中不会因为轻微的晃动而脱离底座，起到限位和保护作用。
进一步的，所述连接杆的长度可调节。
采用上述的技术方案：通过调节连接杆的长度以改变相邻支脚之间的距离，同时调节L形夹具在挡板上的位置，实现容置腔尺寸的调节，可满足不同家用电器的规格要求，适用范围广，实用性强。
进一步的，每个所述连接杆包括2个滑轨、嵌套进2个滑轨内的滑块，所述滑轨设于所述俘能装置下方且固定在所述支脚上，所述滑块和滑轨上沿其长度方向均布有多个方孔，所述方孔内插设有销子。当滑块滑移到合适位置后，销子贯穿滑块和滑轨的方孔将连接杆固定住，形成刚性连接。
进一步的，所述滑轨内设有钢球保持架，所述钢球保持架内设有钢球，钢球在滑块与滑轨之间形成滚动连接，有利于减少摩擦力。
进一步的，所述压电片的边缘贴附防水胶布。
本发明的有益效果是：
1、通过弹性基体和压电片在支脚上形成悬臂压电结构，当家用电器运行时，弹性基体在外力作用下发生弹性变形，引起悬臂梁弯曲，进而通过压电效应将有害振动转变为电能为微电子设备供电，并降低了洗衣机运行时产生的振动噪声，同时到达节能降噪的目的。
2、通过调节连接杆的长度和L形夹具在挡板上的位置，可实现容置腔尺寸的调节，以满足不同家用电器的规格要求，适用范围广，实用性强。
3、本发明的底座结构紧凑，占地空间小，便于安装和拆解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1的节能降噪家用电器底座与洗衣机的装配效果图；
图2为实施例1的节能降噪家用电器底座的结构图；
图3为实施例1的支脚的结构示意图；
图4为实施例2的节能降噪家用电器底座的结构图；
图5为实施例2的俘能装置的结构示意图；
图6为实施例2的压电片与弹性基体配合的结构示意图；
图7为实施例2的连接杆的结构示意图；
图8为实施例2的连接杆中钢珠的安装位置的结构示意图；
图9为弹性基体的尺寸示意图；
图10为弹性基体的受力示意图；
图中，1、俘能装置；11、弹性基体；12、压电片；13、L形夹具；14、螺栓螺母组件；2、支撑装置；21、支脚；211、安装板；212、安装孔；22、连接杆；221、滑轨；222、滑块；223、方孔；224、销子；225、钢球保持架；226、钢球；3、洗衣机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种节能降噪家用电器底座，参见图1～3，包括支撑装置2和设于支撑装置2内侧的俘能装置1，所述俘能装置1包括弹性基体11和压电片12，所述压电片12的边缘贴附防水胶布，由于本发明采用压电效应换能方式，弹性基体11和压电片12需要产生机械变形，以将机械振动转变为电压，因此，弹性基体11优选采用兼具弹性和刚性的金属材料制成；压电片12优选采用压电陶瓷和聚合物(例如聚偏氟乙烯活环氧树脂)的两相复合材料制成的压电片12，具有良好的柔韧性，可适应变形；所述压电片12粘贴在所述弹性基体11的底部，且所述压电片12的横截面积小于所述弹性基体11的横截面积，即所述压电片12沿其长度方向用导电胶贴附于弹性基体11的中央，所述弹性基体11长度方向上比压电片12长，宽度方向上比压电片12宽，所述弹性基体11与所述支撑装置2固定连接，且所述弹性基体11与所述支撑装置2围合形成放置家用电器的容置腔。
所述俘能装置1还包括L形夹具13、以及与所述安装孔212相配合的螺栓螺母组件14，参见图2，所述L形夹具13对称设于弹性基体11的上下端且与弹性基体11紧密接触，所述L形夹具13通过螺栓螺母组件14固设于所述支撑装置2内侧。所述支撑装置2包括若干个支脚21和设于相邻所述支脚21间的连接杆22，所述支脚21具有两个相互垂直的挡板，所述安装孔212设于所述挡板上，所述连接杆22与相邻挡板固接。具体的，所述弹性基体11被L形夹具13夹持在中间，所述L形夹具13上与安装孔212对应位置处设有螺栓，通过螺栓穿透安装孔212，再配合螺母的夹持力，实现弹性基体11与支撑装置2的固定，即可相应将弹性基体11固定在所述支撑装置2内侧。本实施例中，所述支脚21为4个，分别安放在洗衣机3的四角，保护其在运行过程中不会因为轻微的晃动而脱离底座。
采用上述的技术方案：将家用电器放置于底座的弹性基体11顶部，家用电器如洗衣机3运行时产生的振动使得弹性基体11发生弹性变形，此时安装于弹性基体11底部的压电片12在压电效应作用作用下产生电压，同时，由于弹性基体11的变形以及部分转变为电压的原故，大大减少了机械振动，有利于消除噪声。通过上述结构实现了同时节能降噪的目的。
实施例2
实施例2与实施例1基本相同，其区别在于，参见图4～6，所述俘能装置1为多个，多个所述俘能装置1呈矩形分布，即，多个俘能装置1分别分布在支撑装置2的连接杆22上方。
其次，所述连接杆22的长度可调节，如可选用市面常见形式的伸缩杆，在本实施例中，提供了一种结构更为可靠和牢固的长度调节结构。参见图7，每个所述连接杆22包括2个滑轨221、嵌套进2个滑轨221内的滑块222，所述滑轨221设于所述俘能装置1下方且固定在所述支脚21上，具体的，所述滑轨221上设有螺纹孔，所述螺钉穿过所述螺纹孔将滑轨221固定在支脚21上，所述滑块222和滑轨221上沿其长度方向均布有多个方孔223，所述方孔223内插设有销子224，当滑块222滑移到合适位置后，销子224贯穿滑块222和滑轨221的方孔223将连接杆22固定住。所述滑轨221内还设有钢球保持架225，参见图8，所述钢球保持架225内设有钢球226，所述滑块222与钢球226滚动接触；通过在滑轨221内部设置多个挡板，相邻挡板形成钢球保持架225，其内放置钢球226，从而防止钢球226滚出滑轨221，钢球226在滑块222与滑轨221之间形成滚动连接，有利于减少滑块222滑动的摩擦力。
本实施例中，所述弹性基体11采用轧制铝材料制成，具体弹性基体11的选择可参照以下方法：
洗衣机3重量一般在120～150kg，宽度尺寸一般在500～590mm左右。图9为弹性基体11的尺寸示意图，其中，a、b和w分别为弹性基体11的宽、长和高。图10显示了弹性基体11的受力方向。本实施例中，以a＝80mm，b＝250mm，w＝4mm的弹性基体11为例，详细说明。
弹性基体11截面抗弯截面系数W为：
弹性基体11所受的最大弯矩Mmax为：
弹性基体11变形时的最大应力σmax为：
同时，弹性基体11处于弹性变形阶段，σmax＝Eε，E为弹性模量，ε为应变；弹性基体变形挠度为wB，
式中，I为弹性基体11的惯性矩，其值为I＝bw3/12；
弹性基体11的挠度越大，压电片12变形越大，发电功率也就越大。由式(5)可知，wB与E呈反比，E越小wB越大。结合式(4)可知，弹性模量越小，压电效率越高。查阅《金属手册》，综合考虑材料力学性能，可选用轧制铝作为弹性基体11的材料，其弹性模量为0.69×105MPa。
采用上述的技术方案：通过调节连接杆22的长度以改变相邻支脚21之间的距离，同时调节L形夹具13在挡板上的位置，进而调节多个弹性基体11的位置，实现容置腔尺寸的调节，可满足不同家用电器的规格要求，适用范围广，实用性强。
Claims (7)
1.一种节能降噪家用电器底座，其特征在于，包括支撑装置(2)和设于支撑装置(2)内侧的俘能装置(1)，所述俘能装置(1)包括弹性基体(11)和压电片(12)，所述压电片(12)粘贴在所述弹性基体(11)的底部，且所述压电片(12)的横截面积小于所述弹性基体(11)的横截面积，所述压电片(12)沿其长度方向用导电胶贴附于弹性基体(11)的中央，所述弹性基体(11)长度方向上比压电片(12)长，宽度方向上比压电片(12)宽，所述弹性基体(11)与所述支撑装置(2)固定连接，所述弹性基体(11)与所述支撑装置(2)围合形成放置家用电器的容置腔；
所述支撑装置(2)上设有呈阵列状分布的安装孔(212)，所述俘能装置(1)还包括L形夹具(13)、以及与所述安装孔(212)相配合的螺栓螺母组件(14)，所述L形夹具(13)对称设于弹性基体(11)的上下端且与弹性基体(11)紧密接触，所述L形夹具(13)通过螺栓螺母组件(14)固设于所述支撑装置(2)内侧；所述支撑装置(2)包括若干个支脚(21)和设于相邻所述支脚(21)间的连接杆(22)，所述支脚(21)具有两个相互垂直的挡板，所述安装孔(212)设于所述挡板上，所述连接杆(22)与相邻挡板固接，所述连接杆(22)的长度可调节。
2.如权利要求1所述的一种节能降噪家用电器底座，其特征在于，所述压电片(12)采用压电陶瓷和聚合物的两相复合材料制成。
3.如权利要求1所述的一种节能降噪家用电器底座，其特征在于，所述弹性基体(11)采用轧制铝材料制成。
4.如权利要求1所述的一种节能降噪家用电器底座，其特征在于，所述俘能装置(1)为多个，多个所述俘能装置(1)呈矩形分布。
5.如权利要求1所述的一种节能降噪家用电器底座，其特征在于，每个所述连接杆(22)包括2个滑轨(221)、嵌套进2个滑轨(221)内的滑块(222)，所述滑轨(221)设于所述俘能装置(1)下方且固定在所述支脚(21)上，所述滑块(222)和滑轨(221)上沿其长度方向均布有多个方孔(223)，所述方孔(223)内插设有销子(224)。
6.如权利要求5所述的一种节能降噪家用电器底座，其特征在于，所述滑轨(221)内设有钢球保持架(225)，所述钢球保持架(225)内设有钢球(226)。
7.如权利要求1所述的一种节能降噪家用电器底座，其特征在于，所述压电片(12)的边缘贴附防水胶布。
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