CN219046466U - 一种基于悬磁激励式压电振动俘能器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于悬磁激励式压电振动俘能器，包括底板、压电机构、激励结构，压电机构设置有两组，包括压电片、压电梁基板、条形磁块，激励结构包括套筒、横梁、方形磁块、上圆形磁块、中圆形磁块和下圆形磁块。本实用新型通过套筒、横梁、方形磁块、上圆形磁块、中圆形磁块和下圆形磁块的配合，在套筒的限制下，使得上圆形磁块、中圆形磁块、下圆形磁块在水平方向上产生位移，同时在振动源的激励下，使得上圆形磁块和中圆形磁块产生线性振动，由于引入条形磁块与方形磁块的斥力，使得压电机构的振动为非线性的振动，扩宽的压电机构的俘获频带，同时由于引入了激励结构，避免了压电结构与振动源之间的摩擦，延长了装置的使用寿命。

Description

一种基于悬磁激励式压电振动俘能器

技术领域

本实用新型涉及振动俘能技术领域，具体涉及一种基于悬磁激励式压电振动俘能器。

背景技术

煤炭是我国一次能源中最经济、可靠的资源，煤矿智能化是实现煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。与此同时，传感器的需求不断扩大，其供电问题也受到了广大学者的重视。传统化学电池需要定期更换，不适应工况严峻的井下环境，阻碍了微功耗器件的智能化发展及应用。基于此困境，对具有能量密度高、低频响应好、无污染的各类压电俘能器的研究成为了热点。目前，环境振动能量的采集方式有静电式、电磁式、压电式等。

在实际应用中，环境中的振动具有不稳定性，由于传统压电振动能量回收装置中，压电梁与振动结构相接触，容易产生摩擦，缩短压电振动能量回收装置的使用寿命，同时传统压电振动能量回收装置中在压电梁的设计上，多是采用简谐振动，限制了压电梁和压电片的变形效果，压电片利用率较低，同时非线性效果较差，振动俘获的频带范围受到了一定的限制，现急需一种增加压电梁形变效果、延长使用寿命、非线性的振动俘能装置。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型专利提供一种基于悬磁激励式压电振动俘能器，具备压电片利用率较高、发电量较充足、非线性俘能、结构使用寿命长的优点，解决了上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：一种基于悬磁激励式压电振动俘能器，包括底板、压电机构、激励结构，其特征在于：所述底板左右两端开设有对称的安装孔，所述底板通过螺栓固定连接有夹板，所述夹板夹持有压电机构，所述底板中间通过螺栓固定连接有激励结构；

所述压电机构设置有两组，包括压电片、压电梁基板、条形磁块，所述夹板夹持有压电梁基板，所述压电梁基板中间部位固定连接有压电片，所述压电梁基板上顶端固定连接有条形磁块；

所述激励结构包括套筒、横梁、方形磁块、上圆形磁块、中圆形磁块和下圆形磁块，所述底板中心位置固定连接有下圆形磁块，所述下圆形磁块固定套设有套筒，所述套筒上部活动套接有横梁，所述横梁中心位置通过螺栓固定连接有上圆形磁块，所述横梁左右两端通过螺栓固定安装有方形磁块，所述套筒中心通过磁悬浮安装有中圆形磁块。

优选的，所述压电机构和夹板均设置有两组，且与底板垂直，所述条形磁块与方形磁块水平轴线相重合，且条形磁块与方形磁块磁极相反。

优选的，所述套筒与上圆形磁块、中圆形磁块间隙配合，所述套筒与下圆形磁块过盈配合，所述上圆形磁块上表面为N级，下表面为S级,所述中圆形磁块上表面为S级，下表面为N级,所述下圆形磁块上表面为S级，下表面为N级，所述套筒、上圆形磁块、中圆形磁块和下圆形磁块轴线重合。

优选的，所述压电梁基板采用H60黄铜材料，所述压电片的材料采用PZT-5H压电陶瓷，所述压电片两级面均焊接有导线。

优选的，所述底板、夹板和横梁均采用亚克力材质，所述套筒采用3D打印材料ABS，且尺寸可根据实际应用需求就行选取。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

1.本实用新型通过套筒、横梁、方形磁块、上圆形磁块、中圆形磁块和下圆形磁块的配合，在套筒的限制下，使得上圆形磁块、中圆形磁块、下圆形磁块在水平方向上产生位移，同时在振动源的激励下，使得上圆形磁块和中圆形磁块产生线性振动，由于引入条形磁块与方形磁块的斥力，使得压电机构的振动为非线性的振动，扩宽的压电机构的俘获频带，同时由于引入了激励结构，避免了压电结构与振动源之间的摩擦，延长了装置的使用寿命。

2.本实用新型通过压电机构与激励结构的配合，振动源水平方向和垂直方形的振动均可以被俘能器所俘获，使得俘能器俘获能量具有多方向，可将振动能最大化转化为电能，提高了装置的转换效率，同时采用压电机构的阵列结构，使得俘能器的整体的能量输出增大，提高了装置的发电量。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型结构的剖视图；

图2为本实用新型中的主视图；

图3为本实用新型中的俯视图；

图4为本实用新型中底板的示意图；

图中：1底板、2夹板、3压电片、4压电梁基板、5条形磁块、6压电机构、7轴套、8横梁、9方形磁块、10上圆形磁块、11中圆形磁块、12下圆形磁块、13安装孔、14激励结构。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

请参阅图1-图4，本实用新型提供一种技术方案：一种基于悬磁激励式压电振动俘能器，包括底板1、压电机构6、激励结构14，底板1左右两端开设有对称的安装孔13，底板1通过螺栓固定连接有夹板2，夹板2夹持有压电机构6，底板1中间通过螺栓固定连接有激励结构14，压电机构6设置有两组，包括压电片3、压电梁基板4、条形磁块5，夹板2夹持有压电梁基板4，压电梁基板4中间部位固定连接有压电片3，压电梁基板4上顶端固定连接有条形磁块5，激励结构14包括套筒7、横梁8、方形磁块9、上圆形磁块10、中圆形磁块11和下圆形磁块12，底板1中心位置固定连接有下圆形磁块12，下圆形磁块12固定套设有套筒7，套筒7上部活动套接有横梁8，横梁8中心位置通过螺栓固定连接有上圆形磁块10，横梁8左右两端通过螺栓固定安装有方形磁块9，套筒7中心通过磁悬浮安装有中圆形磁块11，通过压电机构6与激励结构14的配合，振动源水平方向和垂直方形的振动均可以被俘能器所俘获，使得俘能器俘获能量具有多方向，可将振动能最大化转化为电能，提高了装置的转换效率，同时采用压电机构的阵列结构，使得俘能器的整体的能量输出增大，提高了装置的发电量。

压电机构6和夹板均设置有两组，且与底板垂直，所述条形磁块5与方形磁块9水平轴线相重合，且条形磁块5与方形磁块9磁极相反，套筒7与上圆形磁块10、中圆形磁块11间隙配合，套筒7与下圆形磁块12过盈配合，上圆形磁块10上表面为N级，下表面为S级,中圆形磁块11上表面为S级，下表面为N级,下圆形磁块12上表面为S级，下表面为N级，套筒、上圆形磁块、中圆形磁块和下圆形磁块轴线重合，压电梁基板4采用H60黄铜材料，压电片3的材料采用PZT-5H压电陶瓷，压电片3两级面均焊接有导线，底板1、夹板2和横梁8均采用亚克力材质，套筒7采用3D打印材料ABS，且尺寸可根据实际应用需求就行选取，通过套筒7、横梁8、方形磁块9、上圆形磁块10、中圆形磁块11和下圆形磁块12的配合，在套筒7的限制下，使得上圆形磁块10、中圆形磁块11、下圆形磁块12在水平方向上产生位移，同时在振动源的激励下，使得上圆形磁块10和中圆形磁块11产生线性振动，由于引入条形磁块5与方形磁块9的斥力，使得压电机构6的振动为非线性的振动，扩宽的压电机构6的俘获频带，同时由于引入了激励结构14，避免了压电结构6与振动源之间的摩擦，延长了装置的使用寿命。

使用时，将此装置通过底板上的安装孔安装于振动源处，通过振动源产生的振动以及上圆形磁块、中圆形磁块、下圆形磁块的斥力，使得中圆形磁块上圆形磁块在轴套的约束下，产生自上而下的运动，上圆形磁块将带动横梁左右两端方形磁块产生自上而下的运动，因条形磁块与方形磁块磁极相对，会产生斥力，在横梁的自上而下的运动中，横梁靠近时压电机构因条形磁块与方形磁块的斥力产生排斥，横梁远离时因压电机构的自身弹性会回弹，在横梁上下运动的过程中，压电机构会产生机械振动，使得压电机构中的压电片产生形变，在压电效应的作用下，产生极化现象，从而产生电势差，达到俘能的目的，同时由于引入磁力，会使得振动由线性振动转化为非线性振动，扩宽了俘能的频带，提高的工作效率。

综上所述：一种基于悬磁激励式压电振动俘能器通过底板1、夹板2、压电片3、压电梁基板4、条形磁块5、压电机构6、轴套7、横梁8、方形磁块9、上圆形磁块10、中圆形磁块11、下圆形磁块12、安装孔13、激励结构14的配合，解决了传统的化学电池使用寿命短、更换难、成本高等问题。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种基于悬磁激励式压电振动俘能器，包括底板(1)、压电机构(6)、激励结构(14)，其特征在于：所述底板(1)左右两端开设有对称的安装孔(13)，所述底板(1)通过螺栓固定连接有夹板(2)，所述夹板(2)夹持有压电机构(6)，所述底板(1)中间通过螺栓固定连接有激励结构(14)；

所述压电机构(6)设置有两组，包括压电片(3)、压电梁基板(4)、条形磁块(5)，所述夹板(2)夹持有压电梁基板(4)，所述压电梁基板(4)中间部位固定连接有压电片(3)，所述压电梁基板(4)上顶端固定连接有条形磁块(5)；

所述激励结构(14)包括套筒(7)、横梁(8)、方形磁块(9)、上圆形磁块(10)、中圆形磁块(11)和下圆形磁块(12)，所述底板(1)中心位置固定连接有下圆形磁块(12)，所述下圆形磁块(12)固定套设有套筒(7)，所述套筒(7)上部活动套接有横梁(8)，所述横梁(8)中心位置通过螺栓固定连接有上圆形磁块(10)，所述横梁(8)左右两端通过螺栓固定安装有方形磁块(9)，所述套筒(7)中心通过磁悬浮安装有中圆形磁块(11)。

2.根据权利要求1所述的一种基于悬磁激励式压电振动俘能器，其特征是：所述压电机构(6)和夹板(2)均设置有两组，且与底板垂直，所述条形磁块(5)与方形磁块(9)水平轴线相重合，且条形磁块(5)与方形磁块(9)磁极相反。

3.根据权利要求1所述的一种基于悬磁激励式压电振动俘能器，其特征是：所述套筒(7)与上圆形磁块(10)、中圆形磁块(11)间隙配合，所述套筒(7)与下圆形磁块(12)过盈配合，所述上圆形磁块(10)上表面为N级，下表面为S级,所述中圆形磁块(11)上表面为S级，下表面为N级,所述下圆形磁块(12)上表面为S级，下表面为N级，所述套筒(7)、上圆形磁块(10)、中圆形磁块(11)和下圆形磁块(12)轴线重合。

4.根据权利要求1所述的一种基于悬磁激励式压电振动俘能器，其特征是：所述压电梁基板(4)采用H60黄铜材料，所述压电片(3)的材料采用PZT-5H压电陶瓷，所述压电片(3)两级面均焊接有导线。

5.根据权利要求1所述的一种基于悬磁激励式压电振动俘能器，其特征是：所述底板(1)、夹板(2)和横梁(8)均采用亚克力材质，所述套筒(7)采用3D打印材料ABS，且尺寸可根据实际应用需求就行选取。

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