CN220421680U - 一种收集三方向振动能量的可调节耦合式压电俘能器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种收集三方向振动能量的可调节耦合式压电俘能器，是一种将振动能转换为电能的装置，所述装置由支架结构、悬臂梁压电结构、夹持结构组成，底座一侧设置有二个不同长度的滑槽；镂空式悬臂梁的内外梁上表面固定有压电陶瓷，下表面设置为变截面悬臂梁，内外梁末端分布有永磁体；矩型夹具一侧安装有镂空式悬臂梁的夹持端，T型夹具一侧设置有柱形槽，凸型夹具末端设置有柱形槽；本实用新型中所述的压电俘能器可以收集三个方向的振动能量，且镂空式悬臂梁的内外梁采用变截面设计，同时有效结合了可调节和非线性技术，拓宽了系统的工作频带，提高了俘能效率。本实用新型适应低频环境，响应频带宽，俘能效率高。
Description
技术领域
本实用新型涉及压电俘能技术领域，具体为一种收集三方向振动能量的可调节耦合式压电俘能器。
背景技术
随着经济社会的持续高速发展，对能源的需求与日俱增，而煤炭和石油等不可再生的能源日趋枯竭，寻求新能源以及利用再生能源是必不可少的。目前，对于大多数微电子设备，电池凭借其方便、可靠等优点被广泛使用，但是普通电池寿命低，对于某些特殊环境更换麻烦，因此需要研究一种能够长期使用的新能源来供电。
目前，对于大多数微电子设备，电池凭借其方便、可靠等优点被广泛使用，但是普通电池寿命低，对于某些特殊环境更换麻烦，因此需要研究一种能够长期使用的新能源来供电。
目前常规的压电俘能器只能俘获某一单方向的振动能量，当环境中振动为多个方向，或预先不知道振动方向时，常规的俘能器就无法发挥作用。
随着微型发电设备的出现以及各种绿色能源的应用，已经大量替换掉电池、电子等消耗型的供电电源，实现长期稳定地向微型电子产品供电的目的。到底该如何有效提高发电性能，拓宽频带一直都是研究的热点和难点。
发明内容
针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种收集三方向振动能量的可调节耦合式压电俘能器。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案:一种收集三方向振动能量的可调节耦合式压电俘能器，包括支架结构、悬臂梁压电结构、夹持结构；所述支架结构包括底座、支撑立柱、支撑板和移动安装柱，所述底座一侧设置有二个不同长度的滑槽，所述支撑立柱有六个，对称分布在底座两侧末端，上方设置有安装孔，所述支撑板固定在底座一端和支撑立柱一侧的位置，所述移动安装柱有两个，分别设置在底座的二个不同长度的滑槽内，可滑动可固定；所述悬臂梁压电结构包括压电陶瓷、镂空式悬臂梁和永磁体，所述镂空式悬臂梁内外梁上表面通过导电胶粘贴有压电陶瓷，下表面设置为变截面悬臂梁，所述镂空式悬臂梁内梁末端和外梁夹持端中部固定粘贴有永磁体，所述镂空式悬臂梁夹持端被移动安装柱通过矩形夹具的夹持槽固定；所述夹持结构包括矩形夹具、T型夹具、凸型夹具，两端设置有螺栓孔可以通过螺栓和螺母夹紧固定，所述矩形夹具一侧固定在支撑板或移动安装柱上，另一侧夹持槽上安装有镂空式悬臂梁的夹持端，所述T型夹具一侧固定在镂空式悬臂梁的自由端，另一侧设置有柱形槽，所述凸型夹具对称分布在镂空式悬臂梁自由端的两侧，末端设置有柱形槽，柱形槽内安装有永磁体。
优选地，所述移动安装柱可在底座滑槽内滑动并夹紧固定，根据不同的工况调节安装位置，所述移动安装柱固定后高度保持一致。
优选地，所述悬臂梁压电结构有三个，自由端设置有柱形永磁体，自由端磁铁之间相对磁性相同。
优选地，所述镂空式悬臂梁内外梁下表面设置为变截面悬臂梁，所述镂空式悬臂梁内外梁下表面最薄截面0.25mm，最厚截面1.25mm。
优选地，所述镂空式悬臂梁的固定位置决定振动方向，当镂空式悬臂梁固定在支撑板朝上安装时，振动方向为上下振动，当镂空式悬臂梁固定在移动安装柱朝前安装时，振动方向为前后振动，当镂空式悬臂梁固定在移动安装柱朝后安装时，振动方向为左右振动。
优选地，所述镂空式悬臂梁内梁末端分布有矩形永磁体，内梁的磁铁与外梁夹持端的磁铁相对磁性相同，
优选地，所述镂空式悬臂梁外梁自由端通过T型夹具或凸型夹具安装有柱形永磁体。
优选地，当振动激励含有垂直于悬臂梁平面的振动分量时，外悬臂梁和内悬臂梁产生受迫振动，使得压电陶瓷形变，从而将环境产生的振动能通过正压电效应转化为电能。
本实用新型提供了一种三方向可调节耦合式压电俘能器，具备以下有益效果:
1.该压电俘能器，将三个完全相同的压电悬臂梁集中在一个平台上，能够俘获环境中三个方向上的振动能量，解决了单一压电悬臂梁只能俘获某一个方向振动能量的问题，在多向复杂的振动环境中俘能效果更好。同时，当外界环境为单向振动形式时，能够通过悬臂梁自由端磁铁间的相互斥力，影响其他方向振动的压电悬臂梁，拓宽频带的同时提高发电效率。
2.该压电俘能器，采用一种内外磁两自由度压电能量采集方式，镂空式悬臂梁内梁和外梁都有谐振，这两个谐振都具有较大的电压振幅。通过悬臂梁自由端引入相对的磁体，使得内外梁在振动过程达到稳态，进一步拓宽俘能器工作带宽，同时，镂空式悬臂梁内外梁下表面采用变截面设计，也可以拓宽俘能频带。
附图说明
3.该压电俘能器，将三个压电悬臂梁集中于一个俘能器上，能够减小装置体积，具有结构紧凑的优点，同时，可以通过移动安装在底座滑槽中的移动安装柱来调整压电悬臂梁之间的距离，具有环境适应性强、俘能效率高、结构新颖、设计灵活、可系列化生产的优点。
图1是本实用新型整体结构示意图。
图2是支架结构的示意图。
图3是悬臂梁压电结构的示意图。
图4是夹持结构示意图。
图5是镂空式悬臂梁结构示意图。
具体实施方式
图中：1支架结构、2悬臂梁压电结构、3夹持结构、4底座、5支撑立柱、6支撑板、7移动安装柱、8电压陶瓷、9镂空式悬臂梁、10永磁体、11矩形夹具、12T型夹具、13凸型夹具、14安装孔、15螺栓孔。
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1-5，本实用新型提供一种技术方案:一种收集三方向振动能量的可调节耦合式压电俘能器，由支架结构1、悬臂梁压电结构2、夹持结构3组成；支架结构1包括底座4、支撑立柱5、支撑板6和移动安装柱7，底座4一侧设置有二个不同长度的滑槽，支撑立柱5有六个，对称分布在底座4两侧末端，上方设置有安装孔14，支撑板6固定在底座4一端和支撑立柱5一侧的位置，移动安装柱7有两个，分别设置在底座4的二个不同长度的滑槽内，可滑动可固定；悬臂梁压电结构2包括压电陶瓷8、镂空式悬臂梁9和永磁体10，镂空式悬臂梁9内外梁上表面通过导电胶粘贴有压电陶瓷8，下表面设置为变截面悬臂梁，镂空式悬臂梁9内梁末端和外梁夹持端中部固定粘贴有永磁体10，镂空式悬臂梁9夹持端被移动安装柱7通过矩形夹具11的夹持槽固定；夹持结构3包括矩形夹具11、T型夹具12、凸型夹具13，两端设置有螺栓孔15可以通过螺栓和螺母夹紧固定，矩形夹具11一侧固定在支撑板6或移动安装柱7上，另一侧夹持槽上安装有镂空式悬臂梁9的夹持端，T型夹具12一侧固定在镂空式悬臂梁9的自由端，另一侧设置有柱形槽，凸型夹具13对称分布在镂空式悬臂梁9自由端的两侧，末端设置有柱形槽，柱形槽内安装有永磁体10。
移动安装柱7可在底座5滑槽内滑动并夹紧固定，根据不同的工况调节安装位置，移动安装柱7固定后高度保持一致；悬臂梁压电结构2有三个，自由端设置有柱形永磁体10，自由端磁铁之间相对磁性相同；镂空式悬臂梁9内外梁下表面设置为变截面悬臂梁，最薄截面0.25mm，最厚截面1.25mm；当镂空式悬臂梁9固定在支撑板6朝上安装时，振动方向为上下振动，当朝前安装时，振动方向为前后振动，当朝后安装时，振动方向为左右振动。镂空式悬臂梁9内梁末端分布有矩形永磁体10，内梁的磁铁与外梁夹持端的磁铁相对磁性相同；镂空式悬臂梁9外梁自由端通过T型夹具12或凸型夹具13安装有柱形永磁体10；当振动激励含有垂直于悬臂梁平面的振动分量时，外悬臂梁和内悬臂梁产生受迫振动，使得压电陶瓷8形变，从而将环境产生的振动能通过正压电效应转化为电能。
该一种收集三方向振动能量的可调节耦合式压电俘能器的工作原理如下：本实用新型中所述的压电俘能器可以收集前后方向和左右方向以及上下方向的振动能量，低频振动(小于10Hz)，压电俘能器受到前后方向的振动时，镂空式悬臂梁9的内外梁受到惯性力在移动安装柱7上来回摆动，引起矩形永磁体10之间相互影响振动，构成振动稳态，使压电陶瓷8发生形变产生电能；前后振动的同时，每个镂空式悬臂梁9自由端都设置有柱形磁铁，磁铁之间的斥力使得三个镂空式悬臂梁9相互影响，构成振动稳态，前后振动的悬臂梁会带动其他镂空式悬臂梁9振动，使每个压电陶瓷8发生形变产生电能；镂空式悬臂梁9上表面设置有压电陶瓷，下表面内外梁设置为变截面悬臂梁，最薄截面0.25mm，最厚截面1.25mm，可以拓宽俘能频带；底座4设置有滑槽，移动安装柱7可以带动镂空式悬臂梁9移动位置，可以根据环境振动频率的变化调整镂空式悬臂梁9之间的距离，提高了俘能器环境适应性。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种收集三方向振动能量的可调节耦合式压电俘能器，其特征在于：包括支架结构(1)、悬臂梁压电结构(2)、夹持结构(3)；所述支架结构(1)包括底座(4)、支撑立柱(5)、支撑板(6)和移动安装柱(7)，所述底座(4)一侧设置有二个不同长度的滑槽，所述支撑立柱(5)有六个，对称分布在底座(4)两侧末端，上方设置有安装孔(14)，所述支撑板(6)固定在底座(4)一端和支撑立柱(5)一侧的位置，所述移动安装柱(7)有两个，分别设置在底座(4)的二个不同长度的滑槽内，可滑动可固定；所述悬臂梁压电结构(2)包括压电陶瓷(8)、镂空式悬臂梁(9)和永磁体(10)，所述镂空式悬臂梁(9)内外梁上表面通过导电胶粘贴有压电陶瓷(8)，下表面设置为变截面悬臂梁，所述镂空式悬臂梁(9)内梁末端和外梁夹持端中部固定粘贴有永磁体(10)，所述镂空式悬臂梁(9)夹持端被移动安装柱(7)通过矩形夹具(11)的夹持槽固定；所述夹持结构(3)包括矩形夹具(11)、T型夹具(12)、凸型夹具(13)，两端设置有螺栓孔(15)可以通过螺栓和螺母夹紧固定，所述矩形夹具(11)一侧固定在支撑板(6)或移动安装柱(7)上，另一侧夹持槽上安装有镂空式悬臂梁(9)的夹持端，所述T型夹具(12)一侧固定在一个镂空式悬臂梁(9)的自由端，另一侧设置有柱形槽，所述凸型夹具(13)对称分布在一个镂空式悬臂梁(9)自由端的两侧，末端设置有柱形槽，柱形槽内安装有永磁体(10)。
2.根据权利要求1所述的一种收集三方向振动能量的可调节耦合式压电俘能器，其特征在于：所述移动安装柱(7)可在底座(4)滑槽内滑动并夹紧固定，根据不同的工况调节安装位置，所述移动安装柱(7)固定后高度保持一致。
3.根据权利要求1所述的一种收集三方向振动能量的可调节耦合式压电俘能器，其特征在于：悬臂梁压电结构(2)有三个，自由端设置有柱形永磁体(10)，自由端磁铁之间相对磁性相同。
4.根据权利要求1所述的一种收集三方向振动能量的可调节耦合式压电俘能器，其特征在于：所述镂空式悬臂梁(9)内外梁下表面设置为变截面悬臂梁，所述镂空式悬臂梁(9)内外梁下表面最薄截面0.25mm，最厚截面1.25mm。
5.根据权利要求1所述的一种收集三方向振动能量的可调节耦合式压电俘能器，其特征在于：镂空式悬臂梁(9)的固定位置决定振动方向，当镂空式悬臂梁(9)固定在支撑板(6)朝上安装时，振动方向为上下振动，当镂空式悬臂梁(9)固定在移动安装柱(7)朝前安装时，振动方向为前后振动，当镂空式悬臂梁(9)固定在移动安装柱(7)朝后安装时，振动方向为左右振动。
6.根据权利要求1所述的一种收集三方向振动能量的可调节耦合式压电俘能器，其特征在于：所述镂空式悬臂梁(9)内梁末端分布有矩形永磁体(10)，内梁的磁铁与外梁夹持端的磁铁相对磁性相同。
7.根据权利要求1所述的一种收集三方向振动能量的可调节耦合式压电俘能器，其特征在于：所述镂空式悬臂梁(9)外梁自由端通过T型夹具(12)或凸型夹具(13)安装有柱形永磁体(10)。
8.根据权利要求1所述的一种收集三方向振动能量的可调节耦合式压电俘能器，其特征在于：当振动激励含有垂直于悬臂梁平面的振动分量时，外悬臂梁和内悬臂梁产生受迫振动，使得压电陶瓷(8)形变，从而将环境产生的振动能通过正压电效应转化为电能。
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