CN112202363B - 一种摆锤式多振子串联压电俘能器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种摆锤式多振子串联压电俘能器，属于压电发电技术领域。由四周小弹簧、壳体、压电振子、中心大弹簧、大压板、铆钉、小压板、质量块、十字形质量块、连接台、凹台、底座、摆锤组成；壳体通过螺钉安装在底座上，多个压电振子呈十字状串联置于壳体内，通过五个弹簧固定在壳体顶部，所述压电振子外侧通过铆钉和压板铆接在质量块上，中间通过铆钉和压板铆接在十字形质量块上，进行依次排列串联在一起，最下边连接台下面连接一个凹台，摆锤由一根长轴和三个半径不同的球体组成，中间的球嵌在底座中间的球型槽内，上面的球刚好接触到凹台的凹面，且球型槽的上下口进行扩大，可以使摆锤更好的摆动。

Description

一种摆锤式多振子串联压电俘能器
技术领域
本发明涉及一种摆锤式多振子串联压电俘能器，用于环境中低频、高强度振动能量回收，属于压电发电技术领域。
背景技术
用于环境振动能量回收的微小型压电俘能器的研究已成为国内外的新热点，其目的是：为便携式微功率电子产品、远程传感监测系统等提供实时的能量供应，减少电池电量不足或电能耗尽所带来的使用不便、以及废弃电池造成的环境污染。已有研究成果表明，仅当压电俘能器的基频与环境振动频率相适应是才具有较高的发电能力和机电能量转换效率。但现实环境中的振源频率通常较低，如各类交通工具运行及人体运动等诱发振动通常仅十几或几十赫兹，且振幅较大；而压电振子自身的基频通常较高，通常为数百甚至上千赫兹，无法直接用于低频振动能量回收，即使自身基频较低的悬臂梁压电振子也需采用端部安装集中质量块方能实现降低频率。悬臂梁压电振子端部加装质量块的方式目前应用最为普遍，其弊端是当集中质量较大时，压电振子在非工作状态时既已产生较大变形，极易因环境过大振幅、振动强度过高而损毁。为提高压电振子的承载能力和可靠性、实现大振幅及高强度振动能量回收，圆形及叠堆型压电振子也常被用于构造振动俘能器，但此类压电振子的谐振频率更高，单个圆形压电振子的谐振频率为几千赫兹，而压电叠堆的基频高达十几千赫兹。此外，目前的压电俘能器基本由单个压电振子构成，因其发电能力有限，无法实现真正意义上的实时供电，只能采用储能-间歇供电方式工作。
发明内容
本发明提出一种摆锤式多振子串联压电俘能器，以解决现有压电振动俘能器谐振频率高、可靠性低、发电能力及频带宽度有限的问题。
一种摆锤式多振子串联压电俘能器，由四周小弹簧(1)、壳体(2)、压电振子(3)、中心大弹簧(4)、大压板(5)、铆钉(6)、小压板(7)、质量块(8)、十字形质量块(9)、连接台(10)、凹台(11)、底座(12)、摆锤(13)组成；所述四周小弹簧(1)连接小压板(7)和壳体(2)，所述壳体(2)通过螺钉安装在底座(12)上，多个压电振子(3)呈十字状串联置于述壳体(2)内，在俯视方向上通过左上小弹簧(1-1)、左下小弹簧(1-2)、右上小弹簧(1-3)、右下小弹簧(1-4)四个均布的小弹簧和一中心大弹簧(4)固定在壳体(2)的顶部，所述压电振子(3)由金属基板(3-2)和压电陶瓷(3-1)粘贴在一起，外侧通过铆钉(6)和小压板(7)铆接在质量块(8)上，上下的两个压电振子(3)相背安装，即金属基板(3-2)相对,中间通过铆钉(6)和大压板(5)穿过铆钉孔(9-1)铆接在十字形质量块(9)上，进行依次排列串联在一起,串联结构最下边中间的四个压电振子(3)通过大压板(5)穿过铆钉孔(10-1)和连接台(10)进行铆接,连接台(10)下面连接一个凹台(11)，为一体结构，凹台(11)的凹面是一个球型凹面，凹面朝下,所述摆锤(13)由一根长轴和三个半径不同的球体组成，为一体结构，从上到下球体的半径依次增大，中间的球嵌入在底座(12)中间的球型槽内，上面的球在摆锤(13)竖直状态下刚好接触到凹台(11)的凹面，而且上面的球和中间的球的球心距大于球型凹面的半径，所述底座(12)中间有球型槽和摆锤(13)进行配合，而且球型槽的上下口进行扩大，呈喇叭状，可以使摆锤(13)更好的摆动，以达到装配整个装置的目的。
本发明中，顶部的四周小弹簧(1)和中心大弹簧(4)起拉伸限位和压缩限位作用，避免压电振子(3)因受变形过大损坏，且其还承受多个十字形质量块(9)和多个质量块(8)的重力。
本发明中，凹台(11)的凹面和摆锤(13)的小球接触的部分应涂有润滑剂，减小之间的摩擦。
优势与特色：采用多个压电振子串联及较大质量块，系统谐振频率较低、发电能力强；采用5个弹簧限位，可避免压电振子因变形过大损坏，可靠性高；工作中压电振子持续振动，发电连续。
附图说明
图1是本发明一个剖视图；
图2是压电振子排布的俯视图；
图3是铆钉的结构图；
图4是十字形质量块的结构图；
图5是连接台的结构图；
图6是凹台的结构图；
图7是摆锤的结构图；
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何限制作用。
一种摆锤式多振子串联压电俘能器，由四周小弹簧(1)、壳体(2)、压电振子(3)、中心大弹簧(4)、大压板(5)、铆钉(6)、小压板(7)、质量块(8)、十字形质量块(9)、连接台(10)、凹台(11)、底座(12)、摆锤(13)组成；所述四周小弹簧(1)连接小压板(7)和壳体(2)，所述壳体(2)通过螺钉安装在底座(12)上，多个压电振子(3)呈十字状串联置于述壳体(2)内，在俯视方向上通过左上小弹簧(1-1)、左下小弹簧(1-2)、右上小弹簧(1-3)、右下小弹簧(1-4)四个均布的小弹簧和一中心大弹簧(4)固定在壳体(2)的顶部，所述压电振子(3)由金属基板(3-2)和压电陶瓷(3-1)粘贴在一起，外侧通过铆钉(6)和小压板(7)铆接在质量块(8)上，上下的两个压电振子(3)相背安装，即金属基板(3-2)相对,中间通过铆钉(6)和大压板(5)穿过铆钉孔(9-1)铆接在十字形质量块(9)上，进行依次排列串联在一起,串联结构最下边中间的四个压电振子(3)通过大压板(5)穿过铆钉孔(10-1)和连接台(10)进行铆接,连接台(10)下面连接一个凹台(11)，为一体结构，凹台(11)的凹面是一个球型凹面，凹面朝下,所述摆锤(13)由一根长轴和三个半径不同的球体组成，为一体结构，从上到下球体的半径依次增大，中间的球嵌入在底座(12)中间的球型槽内，上面的球在摆锤(13)竖直状态下刚好接触到凹台(11)的凹面，而且上面的球和中间的球的球心距大于球型凹面的半径，所述底座(12)中间有球型槽和摆锤(13)进行配合，而且球型槽的上下口进行扩大，呈喇叭状，可以使摆锤(13)更好的摆动，以达到装配整个装置的目的。
本发明中，顶部的四周小弹簧(1)和中心大弹簧(4)起拉伸限位和压缩限位作用，避免压电振子(3)因受变形过大损坏，且其还承受多个十字形质量块(9)和多个质量块(8)的重力。
本发明中，凹台(11)的凹面和摆锤(13)的小球接触的部分应涂有润滑剂，减小之间的摩擦。
非工作状态下，即环境中不发生振动时，压电振子(3)处于自然状态，不发生弯曲变形；工作时，受环境振动激励时，摆锤(13)受到激励进行摆动，摆锤(13)上面的小球挤压凹台(11)，凹台(11)通过连接台(10)带动质量块(8)和压电振子(3)振动，质量块(8)带动铆钉(6)以及上面串联的多个压电振子(3)上下振动，从而使压电振子(3)产生弯曲变形，并将机械能转换成电能。当摆锤(13)的实际振幅过大时，四周小弹簧(1)和中心大弹簧(4)限制压电振子(3)的振动范围，从而避免压电振子(3)因变形过大而损坏。

Claims (3)

1.一种摆锤式多振子串联压电俘能器，由四周小弹簧(1)、壳体(2)、压电振子(3)、中心大弹簧(4)、大压板(5)、铆钉(6)、小压板(7)、质量块(8)、十字形质量块(9)、连接台(10)、凹台(11)、底座(12)、摆锤(13)组成；所述四周小弹簧(1)连接小压板(7)和壳体(2)，所述壳体(2)通过螺钉安装在底座(12)上，多个压电振子(3)呈十字状串联置于述壳体(2)内，在俯视方向上，最上边的四个压电振子的外端分别通过左上小弹簧(1-1)、左下小弹簧(1-2)、右上小弹簧(1-3)、右下小弹簧(1-4)四个均布的小弹簧固定在壳体(2)的顶部，最上层的四个压电振子的内端通过一中心大弹簧(4)固定在壳体(2)的顶部，所述压电振子(3)由金属基板(3-2)和压电陶瓷(3-1)粘贴在一起，金属基板(3-2)的外侧通过铆钉(6)和小压板(7)铆接在质量块(8)上，位于同一质量块(8)上下两侧的两个压电振子(3)相背安装，即金属基板(3-2)相对,上层质量块(8)下侧的压电振子和相邻下层质量块(8)上侧的压电振子的内端分别通过铆钉(6)和大压板(5)铆接在同一个十字形质量块(9)的上下两侧上，进行依次排列串联在一起,串联结构最下边的四个压电振子(3)的内端通过大压板(5)与连接台(10)进行铆接；连接台(10)下面连接一个凹台(11)，为一体结构，凹台(11)的凹面是一个球型凹面，凹面朝下；所述摆锤(13)由一根长轴和三个半径不同的球体组成，为一体结构，从上到下球体的半径依次增大，中间的球嵌入在底座(12)中间的球型槽内，上面的球在摆锤(13)竖直状态下刚好接触到凹台(11)的凹面，而且上面的球和中间的球的球心距大于球型凹面的半径，所述底座(12)中间有球型槽和摆锤(13)进行配合，而且球型槽的上下口进行扩大，呈喇叭状，使摆锤(13)更好的摆动，以达到装配整个装置的目的。
2.根据权利要求1所述的一种摆锤式多振子串联压电俘能器，其特征在于：顶部的四周小弹簧(1)和中心大弹簧(4)起拉伸限位和压缩限位作用，避免压电振子(3)因受变形过大损坏，且其还承受多个十字形质量块(9)和多个质量块(8)的重力。
3.根据权利要求1所述的一种摆锤式多振子串联压电俘能器，其特征在于：凹台(11)的凹面和摆锤(13)的小球接触的部分有润滑剂，减小之间的摩擦。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113098322B (zh) * 2021-05-20 2022-09-16 桂林电子科技大学 一种复杂工况使用的压电俘能器
CN113992057B (zh) * 2021-11-26 2023-06-02 浙江师范大学 一种多向振动的接触-分离式摩擦发电机
CN114050740B (zh) * 2021-11-26 2023-06-02 浙江师范大学 一种基于风能和振动能收集的监测系统

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102594204A (zh) * 2012-03-29 2012-07-18 浙江师范大学 基于火车振动能量回收的手机充电用发电装置
CN102684553A (zh) * 2012-06-01 2012-09-19 浙江师范大学 一种垂吊式压电风能采集器
CN102684552A (zh) * 2012-06-01 2012-09-19 浙江师范大学 一种多振子串联式压电俘能器
CN102790551A (zh) * 2012-09-01 2012-11-21 浙江师范大学 用于油气输送管道监测的自供电装置
CN202617038U (zh) * 2012-06-01 2012-12-19 浙江师范大学 基于多压电振子串联的垂吊式振动俘能器
JP5320650B1 (ja) * 2012-11-30 2013-10-23 浩平 速水 発電システム
JP2015006087A (ja) * 2013-06-21 2015-01-08 浩平 速水 発電システム
CN205657609U (zh) * 2016-03-22 2016-10-19 安阳师范学院 一种波浪能压电发电机
TWM534775U (zh) * 2016-09-20 2017-01-01 Chien Hsin Univ Of Science And Tech 浮體發電裝置
CN106555727A (zh) * 2016-11-24 2017-04-05 南京航空航天大学 一种海洋波浪能压电发电装置及其工作方式
CN107370417A (zh) * 2017-08-17 2017-11-21 浙江师范大学 一种间接激励压电式管道流俘能器
CN109113917A (zh) * 2018-07-06 2019-01-01 南京航空航天大学 一种用于海洋浮标供电的波动能发电装置

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102594204A (zh) * 2012-03-29 2012-07-18 浙江师范大学 基于火车振动能量回收的手机充电用发电装置
CN102684553A (zh) * 2012-06-01 2012-09-19 浙江师范大学 一种垂吊式压电风能采集器
CN102684552A (zh) * 2012-06-01 2012-09-19 浙江师范大学 一种多振子串联式压电俘能器
CN202617038U (zh) * 2012-06-01 2012-12-19 浙江师范大学 基于多压电振子串联的垂吊式振动俘能器
CN102790551A (zh) * 2012-09-01 2012-11-21 浙江师范大学 用于油气输送管道监测的自供电装置
JP5320650B1 (ja) * 2012-11-30 2013-10-23 浩平 速水 発電システム
JP2015006087A (ja) * 2013-06-21 2015-01-08 浩平 速水 発電システム
CN205657609U (zh) * 2016-03-22 2016-10-19 安阳师范学院 一种波浪能压电发电机
TWM534775U (zh) * 2016-09-20 2017-01-01 Chien Hsin Univ Of Science And Tech 浮體發電裝置
CN106555727A (zh) * 2016-11-24 2017-04-05 南京航空航天大学 一种海洋波浪能压电发电装置及其工作方式
CN107370417A (zh) * 2017-08-17 2017-11-21 浙江师范大学 一种间接激励压电式管道流俘能器
CN109113917A (zh) * 2018-07-06 2019-01-01 南京航空航天大学 一种用于海洋浮标供电的波动能发电装置

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