WO2015110094A2 - 一种滚筒式宽频压电发电装置 - Google Patents

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Abstract

一种滚筒式宽频压电发电装置，保护层通过环氧树脂胶或其它导电胶粘贴在压电层上；压电层通过环氧树脂胶或其它导电胶粘贴在基础层上；压电振子远离第一永久磁铁的一端通过夹具固定在端盖a上；端盖a具有一个八边形的凸台a，凸台a的表面上包含有凸台b、凸台c和凸台d，四个压电振子分别固定在凸台a、凸台b、凸台c和凸台d的侧面上；四个凸台固定压电振子的四个面分别对应有四个通槽，用于固定夹具；所述辅助磁铁相比于第二永久磁铁更靠近端盖b的中心，每一个第二永久磁铁都有一个与之对应的辅助磁铁；所述第一永久磁铁与第二永久磁铁相互排斥，辅助磁铁与第一永久磁铁相互排斥。

Description

一种滚筒式宽频压电发电装置 技术领域
本发明涉及一种滚筒式宽频压电发电装置，可有效收集周围环境的振动机械能进行发电，属于压电发电及再生环保新能源领域。
背景技术
随着微电子和无线网络的快速发展，将自然环境中的振动能量转化为电能既能够解决电池更换不方便问题，又能够节约能源，保护环境，因此，利用环境振动产生能量为电子设备供电是很有必要的。
悬臂式压电振子具有振幅相对较大，振动频率低等特点，其应用性非常强。中国专利(公开号CN102790547A)公开了一种双稳态双悬臂梁压电发电装置，该发明在一个装置内同时布置了两个对称的双稳态压电悬臂振子，有效的提高了发电量。中国专利(公开号CN102790548A)公开了一种双稳态复合悬臂梁压电发电装置，该发明在一个装置内同时布置了八个双稳态压电悬臂振子，极大的的提高了发电效果。美国专利(公开号WO2010151738A3)公开了一种双稳态压电悬臂梁发电装置，有效拓宽了悬臂梁的共振频带，但带宽拓展的程度并不是很大。
发明内容
为了有效的拓宽压电发电装置的有效频域，使其带宽增大、共振频率降低、电压增大，本发明提供了一种滚筒式宽频压电发电装置，通过在极小的空间内引入四个压电振子，可有效增大发电效果，减小发电装置的体积，使之更符合微机电的发展。为了解决上述技术问题，本发明一种滚筒式宽频压电发电装置予以实现的技术方案是：一种滚筒式宽频压电发电装 置，包括压电振子、端盖a、夹具a、夹具b、夹具c、夹具d、套筒、端盖b，所述压电振子包括基础层、压电层、保护层以及端部的第一永久磁铁；所述保护层通过环氧树脂胶或其它导电胶粘贴在压电层上；所述压电层通过环氧树脂胶或其它导电胶粘贴在基础层上；所述压电振子远离第一永久磁铁的一端通过夹具固定在端盖a上；所述端盖a具有一个八边形的凸台a，凸台a的表面上包含有凸台b、凸台c和凸台d；所述凸台a、凸台b、凸台c和凸台d为一体结构，凸台b比凸台a高，凸台c比凸台b高，凸台d比凸台c高，四个压电振子分别固定在凸台a、凸台b、凸台c和凸台d的侧面上；所述端盖a的固定压电振子的四个面分别对应有四个通槽，通槽a对应凸台a,通槽b对应凸台b,通槽c对应凸台c,通槽d对应凸台d；所述夹具带有螺纹的一端从通槽一侧伸出，用螺母固定，另一侧的夹具的夹板会将压电振子夹紧，可通过调节夹具在通槽中的位置调节对于不同厚度的压电振子的夹紧程度；所述夹具a与通槽a对应，夹具b与通槽b对应，夹具c与通槽c对应，夹具d与通槽d对应，夹具b的夹板的长度比夹具a的夹板的长度长，长出的距离是压电振子长度的5％到10％，夹具c的夹板比夹具b的夹板长，长出的距离是压电振子长度的7％到15％，夹具d的夹板比夹具c的夹板长，长出的距离是压电振子长度的10％到20％；所述套筒与端盖a连接在一起，可以拧紧；所述套筒的另一端连接端盖b；所述端盖b分布有四个中心对称的第二永久磁铁以及四个中心对称的辅助磁铁；所述第二永久磁铁与第一永久磁铁对应放置，相互排斥，第二永久磁铁位于第一永久磁铁运动的水平中心线上；所述辅助磁铁相比于第二永久磁铁更靠近端盖b的中心，每一个第二永久磁铁都有一个与之对应的辅助磁铁；所 述辅助磁铁与第一永久磁铁相互排斥。
与现有技术相比，本发明的有益效果是。
(1)本发明包含四个压电振子，相比于单一压电振子能够明显增大发电量。
(2)增加了辅助磁铁，使得压电悬臂梁有较大的预变形，可以拓宽有效工作频域，增大发电量。
(3)由于夹具a、夹具b、夹具c、夹具d的夹板的长度不同，并且给出了具体的长度差，长度差呈梯度增加，使得四个压电振子的悬臂部分的长度呈梯度增加，在整个结构的振动过程中，四个压电振子具有不同的有效发电频率区间，四个压电振子的有效发电频率区间叠加后，使得整体结构的有效工作频域极大的拓宽，发电量增大。
附图说明
图1是本发明中压电振子的结构示意图；
图2是本发明中端盖a的结构示意图；
图3是本发明中端盖a的俯视图；
图4是本发明中端盖a的主视图；
图5是本发明中夹具a的结构示意图；
图6是本发明中套筒的结构示意图；
图7是本发明中端盖b的结构示意图；
图8是本发明中去掉端盖b、套筒之后的整体结构示意图；
图9是本发明中去掉端盖b、套筒之后的整体结构的俯视图；
图10是本发明中去掉套筒之后的整体结构示意图；
图11是本发明一种滚筒式宽频压电发电装置的整体结构示意图。 图中：
1-压电振子           2-保护层           3-压电层
4-基础层             5-第一永久磁铁     6-通槽b
7-凸台b              8-端盖a            9-通槽a
10-凸台a             11-凸台d           12-通槽d
13-凸台c             14-通槽c           15-夹具a
16-夹板              17-套筒            18-端盖b
19-辅助磁铁          20-第二永久磁铁    21-夹具b
22-夹具c             23-夹具d
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
如图1至图11所示，一种滚筒式宽频压电发电装置，包括压电振子1、端盖a 8、夹具a 15、夹具b 21、夹具c 22、夹具d 23、套筒17、端盖b 18，所述压电振子1包括基础层4、压电层3、保护层2以及端部的第一永久磁铁5；所述保护层2通过环氧树脂胶或其它导电胶粘贴在压电层3上；所述压电层3通过环氧树脂胶或其它导电胶粘贴在基础层4上；所述压电振子1远离第一永久磁铁5的一端通过夹具固定在端盖a 8上；所述端盖a 8具有一个八边形的凸台a 10，凸台a 10的表面上包含有凸台b 7、凸台c 13和凸台d 11；所述凸台a 10、凸台b 7、凸台c 13和凸台d 11为一体结构，凸台b 7比凸台a 10高，凸台c 13比凸台b 7高，凸台d 11比凸台c 13高，四个压电振子分别固定在凸台a 10、凸台b 7、凸台c 13和凸台d 11的侧面上；所述端盖a 8的固定压电振子的四个面分别对应有四个通 槽，通槽a 9对应凸台a 10,通槽b 6对应凸台b 7,通槽c 14对应凸台c 13,通槽d 12对应凸台d 11；所述夹具带有螺纹的一端从通槽一侧伸出，用螺母固定，另一侧的夹具的夹板会将压电振子1夹紧，可通过调节夹具在通槽中的位置调节对于不同厚度的压电振子1的夹紧程度；所述夹具a 15与通槽a 9对应，夹具b 21与通槽b 6对应，夹具c 22与通槽c 14对应，夹具d 23与通槽d 12对应，夹具b 21的夹板的长度比夹具a 15的夹板16的长度长，长出的距离是压电振子1长度的5％到10％，夹具c 22的夹板比夹具b 21的夹板长，长出的距离是压电振子1长度的7％到15％，夹具d 23的夹板比夹具c 22的夹板长，长出的距离是压电振子1长度的10％到20％；所述套筒17与端盖a 8连接在一起，可以拧紧；所述套筒17的另一端连接端盖b 18；所述端盖b 18分布有四个中心对称的第二永久磁铁20以及四个中心对称的辅助磁铁19；所述第二永久磁铁20与第一永久磁铁5对应放置，相互排斥，第二永久磁铁20位于第一永久磁铁5运动的水平中心线上；所述辅助磁铁19相比于第二永久磁铁20更靠近端盖b 18的中心，每一个第二永久磁铁20都有一个与之对应的辅助磁铁19；所述辅助磁铁19与第一永久磁铁5相互排斥。
所述四个压电振子1通过导线并联连接。
所述压电层3上下表面铺设电极，并且压电层3和基础层4分别连有导线。
所述保护层2材料为聚酯，压电层3材料为极化后的PVDF，基础层4的材料为铜、钢、铝和铝合金中的一种。
本发明一种滚筒式宽频压电发电装置可用于无线传感器节点，如无线 传感器节点放置在野外环境下，就会遇到电池不能长时间供电的问题，这就体现了微型电池供电方案不长久的特点，因此合理的利用自然界中的能量转换为电能是很有必要的，本发明一种滚筒式宽频压电发电装置可有效的提高能量的转换效率和转换量。
综上所述，本发明一种滚筒式宽频压电发电装置的工作频域宽、发电效率和单位时间的发电量较单一压电悬臂梁结构、常见的双稳态压电悬臂梁结构及列阵式线性压电悬臂梁结构具有明显的提高。
尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护范畴。

Claims (6)

  1. 一种滚筒式宽频压电发电装置，其特征在于：该装置包括压电振子(1)、端盖a(8)、夹具a(15)、夹具b(21)、夹具c(22)、夹具d(23)、套筒(17)、端盖b(18)，所述压电振子(1)包括基础层(4)、压电层(3)、保护层(2)以及端部的第一永久磁铁(5)；所述保护层(2)通过环氧树脂胶或其它导电胶粘贴在压电层(3)上；所述压电层(3)通过环氧树脂胶或其它导电胶粘贴在基础层(4)上；所述压电振子(1)远离第一永久磁铁(5)的一端通过夹具固定在端盖a(8)上；所述端盖a(8)具有一个八边形的凸台a(10)，凸台a(10)的表面上包含有凸台b(7)、凸台c(13)和凸台d(11)；所述凸台a(10)、凸台b(7)、凸台c(13)和凸台d(11)为一体结构，凸台b(7)比凸台a(10)高，凸台c(13)比凸台b(7)高，凸台d(11)比凸台c(13)高，四个压电振子分别固定在凸台a(10)、凸台b(7)、凸台c(13)和凸台d(11)的侧面上；所述端盖a(8)的固定压电振子的四个面分别对应有四个通槽，通槽a(9)对应凸台a(10),通槽b(6)对应凸台b(7),通槽c(14)对应凸台c(13),通槽d(12)对应凸台d(11)；所述夹具带有螺纹的一端从通槽一侧伸出，用螺母固定，另一侧的夹具的夹板会将压电振子(1)夹紧，可通过调节夹具在通槽中的位置调节对于不同厚度的压电振子(1)的夹紧程度；所述夹具a(15)与通槽a(9)对应，夹具b(21)与通槽b(6)对应，夹具c(22)与通槽c(14)对应，夹具d(23)与通槽d(12)对应，夹具b(21)的夹板的长度比夹具a(15)的夹板(16)的长度长，长出的距离是压电振子(1)长度的5％到10％，夹具c(22)的夹板比夹具b(21)的夹板长，长出的距离是压电振子(1)长度的7％到15％，夹具d(23)的夹板比夹具 c(22)的夹板长，长出的距离是压电振子(1)长度的10％到20％；所述套筒(17)与端盖a(8)连接在一起，可以拧紧；所述套筒(17)的另一端连接端盖b(18)；所述端盖b(18)分布有四个中心对称的第二永久磁铁(20)以及四个中心对称的辅助磁铁(19)；所述第二永久磁铁(20)与第一永久磁铁(5)对应放置，相互排斥，第二永久磁铁(20)位于第一永久磁铁(5)运动的水平中心线上；所述辅助磁铁(19)相比于第二永久磁铁(20)更靠近端盖b(18)的中心，每一个第二永久磁铁(20)都有一个与之对应的辅助磁铁(19)；所述辅助磁铁(19)与第一永久磁铁(5)相互排斥。
  2. 根据权利要求1所述一种滚筒式宽频压电发电装置，其特征在于：将四个压电振子(1)通过导线并联连接。
  3. 根据权利要求1所述一种滚筒式宽频压电发电装置，其特征在于：所述压电层(3)上下表面铺设电极，并且压电层(3)和基础层(4)分别连有导线。
  4. 根据权利要求1所述一种滚筒式宽频压电发电装置，其特征在于：所述保护层(2)材料为聚酯。
  5. 根据权利要求1所述一种滚筒式宽频压电发电装置，其特征在于：压电层(3)材料为极化后的PVDF。
  6. 根据权利要求1所述一种滚筒式宽频压电发电装置，其特征在于：基础层(4)的材料为铜、钢、铝和铝合金中的一种。
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