CN202617039U - 一种多振子串联式压电俘能器 - Google Patents

一种多振子串联式压电俘能器 Download PDF

Info

Publication number
CN202617039U
CN202617039U CN 201220261350 CN201220261350U CN202617039U CN 202617039 U CN202617039 U CN 202617039U CN 201220261350 CN201220261350 CN 201220261350 CN 201220261350 U CN201220261350 U CN 201220261350U CN 202617039 U CN202617039 U CN 202617039U
Authority
CN
China
Prior art keywords
piezoelectric
spring
housing
transducer
pzt
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN 201220261350
Other languages
English (en)
Inventor
王淑云
阚君武
王鸿云
程光明
曾平
黄芳胜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang Normal University CJNU
Original Assignee
Zhejiang Normal University CJNU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang Normal University CJNU filed Critical Zhejiang Normal University CJNU
Priority to CN 201220261350 priority Critical patent/CN202617039U/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN202617039U publication Critical patent/CN202617039U/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

本实用新型涉及一种多振子串联式压电俘能器，属于新能源和发电技术领域。壳体通过螺钉安装在底座上，1-50个压电换能器串联置于所述壳体内；压电换能器由两个压电振子通过铆钉铆接在骨架上构成；压电振子由金属基板和压电晶片粘接而成；压电换能器与卡座卡接，两个相邻的压电换能器通过卡销卡接，压电换能器再与销轴一端的卡爪卡接，销轴另一端伸出壳体外且装有质量块；所述销轴自下而上依次套有第一弹簧和第二弹簧，且所述第一弹簧通过销轴轴肩压在换能器壳体上、所述第二弹簧通过质量块压在换能器壳体上；电路板通过螺钉安装在换能器壳体侧壁。优点是：采用多个压电振子串联、并由两个弹簧限位，可实现低频、高强度、大功率振动能量回收。

Description

一种多振子串联式压电俘能器
技术领域
    本实用新型属于新能源和发电技术领域，具体涉及一种多振子串联式压电俘能器，用于低频、高强度振动能量回收。
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
本实用新型提供一种多振子串联式压电俘能器，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。
本实用新型采用的技术方案是：壳体通过螺钉安装在底座上，卡座通过螺钉安装在底座上、且置于所述壳体内，1-50个压电换能器串联置于所述壳体内；所述压电换能器由两个压电振子通过铆钉铆接在环形骨架上构成；所述压电振子由金属基板和压电晶片粘接而成；所述第一个串联的压电换能器与所述卡座卡接，所述的两个相邻的压电换能器通过卡销卡接；所述的最后一个串联的压电换能器与销轴的卡爪卡接，所述销轴通过壳体上端的通孔伸出壳体外，所述销轴的螺纹上通过螺母安装有质量块；所述销轴自下而上依次套有第一弹簧和第二弹簧，且所述第一弹簧通过销轴的轴肩压接在换能器壳体上、所述第二弹簧通过质量块压接在换能器壳体上；电路板通过螺钉安装在换能器壳体的侧壁，同一个压电换能器上的两个压电振子通过导线组一相连，不同压电换能器的两个压电振子通过导线组二相连，再通过导线组三与电路板连接。
本实用新型中，第一弹簧和第二弹簧分别起拉伸限位和压缩限位作用，避免压电振子因受变形过大损坏，且所述第二弹簧还承受质量块的重力。所述第一弹簧、第二弹簧及压电换能器在机械上为并联结构，其等效刚度为                                               
Figure 201220261350X100002DEST_PATH_IMAGE002
，俘能器的谐振频率为
Figure 201220261350X100002DEST_PATH_IMAGE004
  ，其中
Figure 201220261350X100002DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 201220261350X100002DEST_PATH_IMAGE008
分别为第一弹簧和第二弹簧的刚度，
Figure 201220261350X100002DEST_PATH_IMAGE010
为多个压电振子串联后的等效刚度， 
Figure 201220261350X100002DEST_PATH_IMAGE012
为单个压电振子的刚度，m为质量块的质量，n为压电振子的数量。根据俘能器谐振频率的计算公式，增加质量块的质量及压电振子数量均可有效降低俘能器的谐振频率。
为确保压电振子在静止状态下不受外力作用、且当质量块振幅过大时不致损坏，质量块的质量的计算公式为
Figure 201220261350X100002DEST_PATH_IMAGE014
，其中
Figure 201220261350X100002DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 201220261350X100002DEST_PATH_IMAGE018
分别为俘能器静止时第一弹簧和第二弹簧的压缩量，
Figure 201220261350X100002DEST_PATH_IMAGE020
为重力加速度；动态工作时两个弹簧的最大可压缩量相等、且计算公式为，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE024
为单个压电振子所能承受的最大变形量。
在自然状态下，压电振子不受外力作用，此时质量的重力由第二弹簧承受。当壳体受环境振动激励时，质量块带动销轴以及压电换能器上下振动，从而使压电振子产生弯曲变形，并将机械能转换成电能。当质量块的实际振幅大于
Figure 746853DEST_PATH_IMAGE022
时，第一弹簧或第二弹簧达到最大的压缩量，即不再被压缩，质量块的惯性力通过第一弹簧或第二弹簧传递给壳体，从而避免压电振子因变形过大而损坏。
本实用新型的特点及优势在于：
Figure DEST_PATH_IMAGE026
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；
Figure DEST_PATH_IMAGE028
采用两个弹簧限位，可避免压电振子因变形过大损坏，可靠性高。
附图说明
图1是本实用新型一个较佳实施例中压电俘能器静态时的结构示图；
图2是本实用新型一个较佳实施例中压电换能器的剖示图；
图3是图2的俯视图；
图4是本实用新型较佳实施例中卡销的结构示意图；
图5是图4的A-A剖视图；
图6是本实用新型一个较佳实施例中不同集中质量时俘能器的电压-频率特性曲线；
图7是本实用新型一个较佳实施例中不同压电振子数量时俘能器的电能-频率特性曲线。
具体实施方式：
壳体1通过螺钉安装在底座2上，卡座3的底板3-1通过螺钉安装在底座2上、且置于所述壳体1内；1-50个压电换能器4串联置于所述壳体1内，所述压电换能器4由两个环形压电振子4-2通过铆钉4-3铆接在环形骨架4-1上构成；所述压电振子4-2由环形金属基板4-2-1和环形压电晶片4-2-2粘接而成；所述第一个串联的压电换能器4通过其上的一个通孔H与所述卡座3的卡爪3-2卡接，所述的两个相邻的压电换能器4通过卡销5卡接；所述的最后一个串联的压电换能器4的一个通孔H与销轴6的卡爪6-1卡接，所述销轴6通过壳体1上端的通孔1-1伸出壳体1外，所述销轴6的螺纹6-3上通过螺母9安装有质量块10；所述销轴6自下而上依次套有第一弹簧7和第二弹簧8，且所述第一弹簧7通过销轴6的轴肩6-2压接在换能器壳体1上、所述第二弹簧8通过质量块10压接在换能器壳体1上；电路板11通过螺钉安装在换能器壳体1的侧壁，同一个压电换能器4上的两个压电振子4-2通过导线组一12相连，不同压电换能器4的两个压电振子4-2通过导线组二13相连，压电振子4-2再通过导线组三14与电路板11连接。
本实用新型中，第一弹簧7和第二弹簧8分别起拉伸限位和压缩限位作用，避免压电振子4-2因受变形过大损坏，所述第二弹簧还承受质量块10的重力。所述第一弹簧7、第二弹簧8及压电换能器4在机械上为并联结构，其等效刚度为，俘能器的谐振频率为
Figure 4583DEST_PATH_IMAGE004
，其中
Figure 399792DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 683006DEST_PATH_IMAGE008
分别为第一弹簧7和第二弹簧8的刚度，
Figure 505468DEST_PATH_IMAGE010
为多个压电振子4-2串联后的等效刚度，
Figure 365977DEST_PATH_IMAGE012
为单个压电振子4-2的刚度，m为质量块10的质量，n为压电振子4-2的数量。根据俘能器谐振频率的计算公式，增加质量块的质量及压电振子数量均可有效降低俘能器的谐振频率。
为确保压电振子4-2在静止状态下不受外力作用、且当质量块10振幅过大时不致损坏，质量块10的质量的计算公式为
Figure 564877DEST_PATH_IMAGE014
，其中
Figure 702597DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 695961DEST_PATH_IMAGE018
分别为俘能器静止时第一弹簧7和第二弹簧8的压缩量，
Figure 43766DEST_PATH_IMAGE020
为重力加速度；动态工作时两个弹簧的最大可压缩量相等、且计算公式为
Figure 780778DEST_PATH_IMAGE022
，其中
Figure 304163DEST_PATH_IMAGE024
为单个压电振子4-2所能承受的最大变形量。
在自然状态下，压电振子4-2不受外力作用，此时质量块10的重力由第二弹簧承受。当壳体受环境振动激励时，质量块10带动销轴6以及压电换能器4上下振动，从而使压电振子4-2产生弯曲变形，并将机械能转换成电能。当质量块10的实际振幅大于
Figure 202849DEST_PATH_IMAGE022
时，第一弹簧7或第二弹簧8达到最大的压缩量，即不再被压缩，质量块10的惯性力通过第一弹簧7或第二弹簧8传递给壳体1，从而避免压电振子4-2因变形过大而损坏。

Claims (4)

1.一种多振子串联式压电俘能器，其特征在于：壳体通过螺钉安装在底座上，卡座通过螺钉安装在底座上，1-50个压电换能器串联置于所述壳体内；压电换能器由两个压电振子通过铆钉铆接在骨架上构成；压电振子由金属基板和压电晶片粘接而成；第一个串联的压电换能器与卡座卡接，两个相邻的压电换能器通过卡销卡接；所述的最后一个串联的压电换能器与销轴一端的卡爪卡接，销轴通过壳体上的通孔伸出壳体外，销轴的另一端安装有质量块；所述销轴自下而上依次套有第一弹簧和第二弹簧，且所述第一弹簧通过销轴轴肩压在换能器壳体上、所述第二弹簧通过质量块压在换能器壳体上；电路板通过螺钉安装在换能器壳体侧壁，同一压电换能器上的两个压电振子通过导线组一相连，不同压电换能器的两个压电振子通过导线组二相连，再通过导线组三与电路板连接。
2.根据权利要求1所述的一种多振子串联式压电俘能器，其特征在于：俘能器的谐振频率按下式计算：                                               
Figure 201220261350X100001DEST_PATH_IMAGE002
，其中
Figure 201220261350X100001DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 201220261350X100001DEST_PATH_IMAGE006
分别为第一弹簧和第二弹簧的刚度，
Figure 201220261350X100001DEST_PATH_IMAGE008
为多个压电振子串联后的等效刚度， 
Figure 201220261350X100001DEST_PATH_IMAGE010
为单个压电振子的刚度，m为质量块的质量，n为压电振子的数量。
3.根据权利要求1或2所述的一种多振子串联式压电俘能器，其特征在于：当弹簧刚度确定后，质量块的质量计算方法为：
Figure 201220261350X100001DEST_PATH_IMAGE012
，其中
Figure 201220261350X100001DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 201220261350X100001DEST_PATH_IMAGE016
分别为俘能器静止时第一弹簧和第二弹簧的压缩量，为重力加速度。
4.根据权利要求1或2所述的一种多振子串联式压电俘能器，其特征在于：动态工作时第一、第二弹簧的最大可压缩量相等，即为
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，其中为单个压电振子所能承受的最大变形量。
CN 201220261350 2012-06-01 2012-06-01 一种多振子串联式压电俘能器 Expired - Fee Related CN202617039U (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201220261350 CN202617039U (zh) 2012-06-01 2012-06-01 一种多振子串联式压电俘能器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201220261350 CN202617039U (zh) 2012-06-01 2012-06-01 一种多振子串联式压电俘能器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN202617039U true CN202617039U (zh) 2012-12-19

Family

ID=47350708

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201220261350 Expired - Fee Related CN202617039U (zh) 2012-06-01 2012-06-01 一种多振子串联式压电俘能器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN202617039U (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN104495557A (zh) * 2015-01-07 2015-04-08 浙江师范大学 一种自供电式电梯报警装置
CN104528492A (zh) * 2015-01-07 2015-04-22 浙江师范大学 一种电梯报警装置
CN107453648A (zh) * 2017-08-17 2017-12-08 浙江师范大学 一种防盗门警报器自供电装置
CN110752779A (zh) * 2019-05-18 2020-02-04 浙江师范大学 一种伸缩式管道流发电机
CN110752776A (zh) * 2019-05-18 2020-02-04 浙江师范大学 一种伸缩式管道流俘能器
CN110752780A (zh) * 2019-05-18 2020-02-04 浙江师范大学 一种用于管道气流检测系统的压电俘能器
CN110798097A (zh) * 2019-05-18 2020-02-14 浙江师范大学 一种多用途压电振动发电机
CN113098322A (zh) * 2021-05-20 2021-07-09 桂林电子科技大学 一种复杂工况使用的压电俘能器

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN102684552B (zh) * 2012-06-01 2014-12-24 浙江师范大学 一种多振子串联式压电俘能器
CN104495557A (zh) * 2015-01-07 2015-04-08 浙江师范大学 一种自供电式电梯报警装置
CN104528492A (zh) * 2015-01-07 2015-04-22 浙江师范大学 一种电梯报警装置
CN107453648A (zh) * 2017-08-17 2017-12-08 浙江师范大学 一种防盗门警报器自供电装置
CN107453648B (zh) * 2017-08-17 2023-06-16 浙江师范大学 一种防盗门警报器自供电装置
CN110752776A (zh) * 2019-05-18 2020-02-04 浙江师范大学 一种伸缩式管道流俘能器
CN110752780A (zh) * 2019-05-18 2020-02-04 浙江师范大学 一种用于管道气流检测系统的压电俘能器
CN110798097A (zh) * 2019-05-18 2020-02-14 浙江师范大学 一种多用途压电振动发电机
CN110752780B (zh) * 2019-05-18 2021-10-08 浙江师范大学 一种用于管道气流检测系统的压电俘能器
CN110752779B (zh) * 2019-05-18 2021-10-08 浙江师范大学 一种伸缩式管道流发电机
CN110798097B (zh) * 2019-05-18 2021-10-08 浙江师范大学 一种多用途压电振动发电机
CN110752776B (zh) * 2019-05-18 2021-10-08 浙江师范大学 一种伸缩式管道流俘能器
CN110752779A (zh) * 2019-05-18 2020-02-04 浙江师范大学 一种伸缩式管道流发电机
CN113098322A (zh) * 2021-05-20 2021-07-09 桂林电子科技大学 一种复杂工况使用的压电俘能器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN202617039U (zh) 一种多振子串联式压电俘能器
CN102684552B (zh) 一种多振子串联式压电俘能器
CN102710169B (zh) 基于多压电振子串联的垂吊式振动俘能器
CN102594203B (zh) 纵振横摆式低频大振幅压电悬臂梁发电装置
CN104836478B (zh) 一种压电‑电磁复合式低频宽带俘能器
CN201054553Y (zh) 基于压电陶瓷振动发电的无线传感器网络节点供电装置
CN203219211U (zh) 一种带有弹性放大机构的高效宽频带振动能量采集器
CN104485851B (zh) 一种拉压式振动俘能器
CN202617038U (zh) 基于多压电振子串联的垂吊式振动俘能器
CN202221970U (zh) 变宽度的弯折或螺旋结构的压电发电装置
CN102624281A (zh) 一种非接触激励的多维振动能量采集器
CN102611352A (zh) 压电式全方位振动能量回收装置
CN107769614A (zh) 一种压电式多方向振动能量采集装置
CN109889096A (zh) 光伏-压电-电磁复合式俘能器
CN108988684B (zh) 一种吸振与振动能量采集一体化装置
CN202524321U (zh) 纵振横摆式低频大振幅压电悬臂梁发电装置
CN202524325U (zh) 压电式全方位振动能量回收装置
CN109428515A (zh) 一种微型复合振动发电机
CN108199618A (zh) 一种双向悬臂梁梁式压电振动能量收集装置
CN203030128U (zh) 一种弹性振动布袋除尘器
CN203406804U (zh) 基于悬臂梁纵振式压电发电装置
CN206041853U (zh) 一种用于电子手表的振动能量收集装置
CN202524323U (zh) 一种非接触激励的多维振动能量采集器
CN107733284B (zh) 一种两自由度压电电磁混合式俘能器
CN102594201A (zh) 一种振动能量回收装置

Legal Events

Date Code Title Description
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20121219

Termination date: 20130601