CN209184513U - 一种柔性插装结构预应力压电发电装置 - Google Patents
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Abstract
本新型涉及一种柔性插装结构预应力压电发电装置，包括：支撑底座和压电梁，其中：所述支撑底座中两相对布置的弹性梁和压电梁安装形成了核心换能部件；所述压电梁中弹性基板两矩形凹槽底部之间的距离大于支撑底座上两相对布置的弹性梁内表面之间的距离，可通过此调节弹性梁对压电梁的预紧量大小。当压电梁发生往复弯曲变形时，压电梁两端部会向着压电梁长度方向发生位移，此时支撑底座中两相对布置的弹性梁则会发生释放、储存弹性势能的往复变化，这样能够在压电梁和弹性梁组成的系统中实现势能的转化。该柔性插装结构预应力压电发电装置结构简单，适用于低频、宽频发电，能量采集效率明显提高。
Description
技术领域
本新型属于压电发电领域，具体涉及一种柔性插装结构预应力压电发电装置。
背景技术
随着微机电系统MEMS、低功耗无线传感器网络技术的发展以及它们在航空航天、海底探测、军工医疗、野外无人监测等领域的应用，利用环境能量的自供电微能源装置受到广泛关注。传统化学电池结构尺寸较大，使用寿命有限，需要及时更换，不适合应用在特殊环境下分布式传感器中。太阳能电池环境适应能力差，不适合用于没有长时间光照的场合。压电发电装置因具有结构简单、易于集成、环境适应能量强和功率密度大等优点，适用于分布式低功耗无线传感器网络节点自供电。而传统压电自发电装置共振频率较高，环境振动频率却一般较低，如果压电发电装置不能在共振频率下工作，则发电效率低，无法满足传感器用电需求。为了克服传统压电悬臂梁由于尺寸限制导致共振频率增大的缺点，提出一种柔性插装结构预应力压电发电装置，并且利用弹性梁与压电梁组成系统的换能机理，使得制作更加方便且装置在环境低频振动时发电效率更高。
发明内容
为了解决目前压电发电装置大多仅适用于高频环境振动且工作频带较窄和预应力换能器结构复杂装配困难的问题。提出一种柔性插装结构预应力压电发电装置。该柔性结构预应力压电发电装置包括支撑底座和压电梁。所述支撑底座中两相对布置的弹性梁和压电梁安装形成了核心换能部件；所述压电梁中弹性基板两矩形凹槽底部之间的距离大于支撑底座上两相对布置的弹性梁内表面之间的距离，可通过其调节弹性梁对压电梁的预紧量大小。当压电梁发生上下弯曲往复变形时，压电梁两端会产生往复位移，此时，有初始预紧量的弹性梁则会随着压电梁两端位移变化而发生势能释放和储存。一方面，弹性梁对压电梁的初始预紧量具有降低压电梁共振频率的作用；另一方面，弹性梁与压电梁的势能转化可以提高压电发电效率。此装置通过在传统压电发电装置中压电梁两端放置柔性预应力梁，达到调节压电梁共振频率，使之与环境振动频率相配的目的，此外，弹性梁势能变化参与压电发电装置能量转化，提高了能量俘获效率。此装置具有结构简单，共振频率可调，且适用于低频、宽频发电的优点。
为了实现上述目的，本新型采用以下技术方案：
本新型一种柔性插装结构预应力压电发电装置，包括：支撑底座和压电梁，其特征在于所述支撑底座由两个相对布置的刚性梁和两个相对布置的弹性梁围成；所述弹性梁上布置两个中心对称的通孔振子安装槽；所述压电梁由压电片和弹性基板组成，所述压电片对称粘贴在弹性基板上下表面，所述弹性基板沿其长度方向两端分别布置矩形凹槽；在所述凹槽的两侧形成对称的振子安装板，所述压电梁两端的振子安装板插入所述振子安装槽内；所述弹性基板两矩形凹槽底部之间的距离大于支撑底座上两相对布置的弹性梁内表面之间的距离。
工作时，压电梁中弹性基板两矩形凹槽底部之间的距离大于支撑底座上两相对布置的弹性梁内表面之间的距离，可通过此调节弹性梁对压电梁的预紧量大小，压电梁发生上下弯曲往复变形时，压电梁两端会产生往复位移，此时，有初始预紧量的弹性梁则会随着压电梁两端位移变化而发生势能释放和储存。一方面，弹性梁对压电梁的初始预紧量具有降低压电梁共振频率的作用；另一方面，弹性梁与压电梁的势能转化可以提高压电发电效率。此装置通过在传统压电发电装置中压电梁两端放置柔性预应力梁，达到调节压电梁共振频率，使之与环境振动频率相配的目的，此外，弹性梁势能变化参与压电发电装置能量转化，提高了能量俘获效率。此装置具有结构简单，共振频率可调，且适用于低频、宽频发电的优点。
附图说明
图1是本新型一种柔性插装结构预应力发电发电装置装配示意图。
图2是本新型一种柔性插装结构预应力发电发电装置中支撑底座的三维示意图。
图3是本新型一种柔性插装结构预应力发电发电装置中压电梁的三维示意图。
具体实施方式
参照图1、图2和图3，本新型一种柔性插装结构预应力发电发电装置由支撑底座1和压电梁2组成，其中：
所述支撑底座1由两个相对布置的刚性梁11和两个相对布置的弹性梁12围成；所述弹性梁12上布置两个中心对称的通孔振子安装槽121；所述压电梁2由压电片21和弹性基板22组成，所述压电片21对称粘贴在弹性基板22上下表面，所述弹性基板22沿其长度方向两端分别布置矩形凹槽；在所述凹槽的两侧形成对称的振子安装板221，所述压电梁2两端的振子安装板221插入所述振子安装槽121内；所述弹性基板22两矩形凹槽底部之间的距离大于支撑底座1上两相对布置的弹性梁12内表面之间的距离。
工作时，压电梁中弹性基板两矩形凹槽底部之间的距离大于支撑底座上两相对布置的弹性梁内表面之间的距离，可通过此调节弹性梁对压电梁的预紧量大小，压电梁发生上下弯曲往复变形时，压电梁两端会产生往复位移，此时，有初始预紧量的弹性梁则会随着压电梁两端位移变化而发生势能释放和储存。一方面，弹性梁对压电梁的初始预紧量具有降低压电梁共振频率的作用；另一方面，弹性梁与压电梁的势能转化可以提高压电发电效率。此装置通过在传统压电发电装置中压电梁两端放置柔性预应力梁，达到调节压电梁共振频率，使之与环境振动频率相配的目的，此外，弹性梁势能变化参与压电发电装置能量转化，提高了能量俘获效率。此装置具有结构简单，共振频率可调，且适用于低频、宽频发电的优点。
Claims (3)
1.一种柔性插装结构预应力压电发电装置，包括：支撑底座（1）和压电梁（2），其特征在于所述支撑底座（1）由两个相对布置的刚性梁（11）和两个相对布置的弹性梁（12）围成；所述弹性梁（12）上布置两个中心对称的通孔振子安装槽（121）；所述压电梁（2）由压电片（21）和弹性基板（22）组成，所述压电片（21）对称粘贴在弹性基板（22）上下表面，所述弹性基板（22）沿其长度方向两端分别布置矩形凹槽；在所述凹槽的两侧形成对称的振子安装板（221），所述压电梁（2）两端的振子安装板（221）插入所述振子安装槽（121）内；所述弹性基板（22）两矩形凹槽底部之间的距离大于支撑底座（1）上两相对布置的弹性梁（12）内表面之间的距离。
2.根据权利要求1所述的一种柔性插装结构预应力压电发电装置，其特征在于：所述压电梁（2）采用两片压电片（21）对称粘贴在弹性基板（22）两侧形成双晶片压电振子，或采用单片压电片（21）粘贴在弹性基板（22）一侧形成单晶片压电振子。
3.根据权利要求1所述的一种柔性插装结构预应力压电发电装置，其特征在于：所述压电梁（2）表面正中布置质量块。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201822056066.9U CN209184513U (zh) | 2018-12-09 | 2018-12-09 | 一种柔性插装结构预应力压电发电装置 |
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| CN201822056066.9U CN209184513U (zh) | 2018-12-09 | 2018-12-09 | 一种柔性插装结构预应力压电发电装置 |
Publications (1)
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| CN209184513U true CN209184513U (zh) | 2019-07-30 |
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ID=67376185
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| CN201822056066.9U Active CN209184513U (zh) | 2018-12-09 | 2018-12-09 | 一种柔性插装结构预应力压电发电装置 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN209184513U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113153625A (zh) * | 2021-05-31 | 2021-07-23 | 重庆大学 | 盒式风力发电装置及发电装置组 |
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2018
- 2018-12-09 CN CN201822056066.9U patent/CN209184513U/zh active Active
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