CN209627271U - 一种压电式振动能量采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种压电式振动能量采集装置，用以在受到外部振动激励时产生共振采集振动能量，该装置包括圆形底座、设置在圆形底座上且相对设置的两个限位杆、安装在圆形底座中心处的弹簧以及中心压在弹簧顶部且两端沿着限位杆上的导向槽随振动上下运动的振动体。与现有技术相比，本实用新型具有应力分散、结构简单、易于拆装、能承受较大冲击等优点。

Description

一种压电式振动能量采集装置

技术领域

本实用新型涉及振动能量采集技术领域，尤其是涉及一种压电式振动能量采集装置。

背景技术

随着电子技术和无线技术日趋发展，小尺寸、低功耗的传感器和执行器的研发取得巨大的进步，在检测领域取得广泛应用。目前这些设备的供能方式以化学电池为主，投入使用后，由于电池寿命有限，需要安排专门人员定期进行更换，而且电池的持续供电效果受环境因素影响较大，例如在低温天气，电池容量会显著降低，以化学电池为主的供能方式的弊端日渐显露。压电振动能量采集装置以其结构简单、清洁环保及易于微型化等诸多优点得到广泛重视，典型的有矩形单悬臂梁结构和圆盘形结构，圆盘形结构相对于矩形悬臂梁结构可以承受较大压力和冲击载荷，但是压电材料依附的形变基体所受的应力较为集中，容易产生疲劳裂纹等损伤，影响使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种压电式振动能量采集装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种压电式振动能量采集装置，用以在受到外部振动激励时产生共振采集振动能量，该装置包括圆形底座、设置在圆形底座上且相对设置的两个限位杆、安装在圆形底座中心处的弹簧以及中心压在弹簧顶部且两端沿着限位杆上的导向槽随振动上下运动的振动体。

所述的振动体包括圆形的形变基体、分别贴设在形变基体上下表面的压电薄膜以及用以夹住形变基体外缘的O形固定环，所述的O形固定环上设有用以实现在导向槽内上下滑动的滑块。

所述的振动体还包括用以调节振动体质量的质量片，每片质量片依次设置在O形固定环上。

所述的形变基体的下表面中心处设有用以固定弹簧上端的第一环形凸起，所述的圆形底座中心处设有用以固定弹簧下端的第二环形凸起。

所述的第一环形凸起和第二环形凸起分别通过U型卡箍对弹簧进行固定。

所述的限位杆顶部设有上限位块，底部通过定位凸台与圆形底座固定连接。

所述的圆形底座的外缘处设有下限位环，该下限位环上开设用以引出导线的四个导线引出孔。

所述的限位杆的横截面的外轮廓线呈圆弧形，内轮廓线为直线。

所述的导向槽内涂设黄油。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

一、本实用新型通过利用弹簧与底座连接装置，扩大了底座的受力面积，避免了应力集中，从而可以提高振动能量采集装置使用寿命。

二、本实用新型结构简单，易于拆装，方便进行试验以选定与应用场合相匹配的结构参数。

三、本实用新型的限位结构保证了装置可以承受较大冲击，可以应用于列车轴端等振动较为激烈的场合。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图，其中，图(1a)为俯视图，图(1b)为图(1a)A-A面剖面图。

图2为基座的结构示意图。

图3为限位杆的结构示意图，其中，图(3a)为主视图，图(3b)为俯视图。

图4为装配分总成结构示意图

其中：1、压电薄膜，2、形变基体，3、O形固定环，4、弹簧，5、U型卡箍，6、质量片，7、限位杆，71、导向槽，8、圆形底座，81、下限位环，82、导线引出孔，83、限位杆安装孔，84、安装固定孔，85、U型卡箍安装孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

实施例：

如图1所示，本实用新型提供一种振动能量采集装置，设置在地铁内振动多发的物体(振动激励系统)上，例如轴箱，该装置包括压电薄膜1，形变基体2，O形固定环3，弹簧4，U型卡箍5，质量片6，限位杆7以及圆形底座8，压电薄膜1贴在形变基体2的上下表面，质量片6用于调节装置运动部分质量，设置在上O形固定环上。

质量片6为已知的固定质量，改变质量片的数量即可调节装置振动部分的质量。形变基体2与圆形底座8通过弹簧4连接，弹簧4对形变基体2的推拉作用使形变基体2产生形变。

弹簧具体连接方式为：在形变基体2和圆形底座8中心的圆环形凸起上各开两个孔，通过U型卡箍5固定。

限位杆7顶部设有上限位结构(限位块)，圆形底座8上设置的环形凸台为下限位结构。

下限位环81侧面开有均匀分布的四个导线引出孔82，方便压电薄膜1的导线引出。

限位杆7内表面开有导向槽，使装置运动部分沿导向槽上下运动。

该装置属于典型的单自由度的弹簧——质量系统，系统的固有频率 k为弹簧的弹性系数，m为运动部分的总质量，为了收集尽可能多的能量，装置的固有频率应与所应用场合的典型激励频率相吻合，通过该公式与振动试验确定弹簧的选型和所需的质量片总质量。

根据附图所示的结构加工出装置的各个部件。压电薄膜1同轴心地贴到形变基体的上下表面，使用螺栓将O形固定环、形变基体和质量片固定。使用U型卡箍5将弹簧4的一端固定在形变基体2上，再将弹簧4的另一端固定在圆形底座8上，导线从圆形底座8的导线引出孔82引出。使用螺栓将限位杆7固定在圆形底座8上，同时将O形固定环上的滑块嵌入限位杆的导向槽中，为了减少阻力及磨损，在导向槽71中抹上适量的黄油。

该装置具体使用方法如下：

首先根据试验测得所应用环境振动能量最集中的频段，对弹簧弹性系数k和质量片的质量进行选定与匹配；

然后通过M4螺栓将圆形底座固定安装在振动激励系统中，连接压电薄膜上的导线，外界振动进行激励输入，由于质量片和弹簧组成的振动体与外部激励产生共振，挤压贴设在形变基体上下表面的压电薄膜，压电薄膜从而将振动能量转化为电能输出，当振动激励系统稳定运行时，振动体获得较大振幅从而转换出较多的电能以供用电设备使用。

最后有必要在此指出的是：以上仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种压电式振动能量采集装置，其特征在于，用以在受到外部振动激励时产生共振采集振动能量，该装置包括圆形底座(8)、设置在圆形底座(8)上且相对设置的两个限位杆(7)、安装在圆形底座(8)中心处的弹簧(4)以及中心压在弹簧(4)顶部且两端沿着限位杆(7)上的导向槽(71)随振动上下运动的振动体。

2.根据权利要求1所述的一种压电式振动能量采集装置，其特征在于，所述的振动体包括圆形的形变基体(2)、分别贴设在形变基体(2)上下表面的压电薄膜(1)以及用以夹住形变基体(2)外缘的O形固定环(3)，所述的O形固定环(3)上设有用以实现在导向槽(71)内上下滑动的滑块(31)。

3.根据权利要求2所述的一种压电式振动能量采集装置，其特征在于，所述的振动体还包括用以调节振动体质量的质量片(6)，每片质量片(6)依次设置在O形固定环(3)上。

4.根据权利要求2所述的一种压电式振动能量采集装置，其特征在于，所述的形变基体(2)的下表面中心处设有用以固定弹簧(4)上端的第一环形凸起，所述的圆形底座(8)中心处设有用以固定弹簧(4)下端的第二环形凸起。

5.根据权利要求4所述的一种压电式振动能量采集装置，其特征在于，所述的第一环形凸起和第二环形凸起分别通过U型卡箍(5)对弹簧(4)进行固定。

6.根据权利要求1所述的一种压电式振动能量采集装置，其特征在于，所述的限位杆(7)顶部设有上限位块，底部通过定位凸台(72)与圆形底座(8)固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种压电式振动能量采集装置，其特征在于，所述的圆形底座(8)的外缘处设有下限位环(81)，该下限位环(81)上开设用以引出导线的四个导线引出孔(82)。

8.根据权利要求1所述的一种压电式振动能量采集装置，其特征在于，所述的限位杆(7)的横截面的外轮廓线呈圆弧形，内轮廓线为直线。

9.根据权利要求1所述的一种压电式振动能量采集装置，其特征在于，所述的导向槽(71)内涂设黄油。