[發(fā)明專利]一種旋轉(zhuǎn)式壓電懸臂梁俘能器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410630793.5
• 申請日: 2014-11-11
• 公開（公告）號: CN104393787A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 關(guān)明杰;廖維新;李營泰
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 廈門市精誠新創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 35218
• 代理人: 巫麗青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新能源發(fā)電技術(shù)和測量、測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種旋轉(zhuǎn)式壓電懸臂梁俘能器，可用于高速旋轉(zhuǎn)運動中的能量回收。

背景技術(shù)

旋轉(zhuǎn)運動是一種非常常見的機械運動形式。在許多應(yīng)用中，旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的工作狀態(tài)監(jiān)測顯得尤為重要。在工作狀態(tài)監(jiān)測過程中，很關(guān)鍵的一個問題在于獲取被檢測系統(tǒng)的運行信息來判斷該系統(tǒng)的工作狀態(tài)，因此信息間的傳輸變得至關(guān)重要。實際應(yīng)用中通常采用無線通信的方式進行信息傳輸。在這些應(yīng)用中，一般需要非充電電池來對監(jiān)測系統(tǒng)進行供電。由于該電池有限的使用壽命，使用者在使用過程中就不可避免地需要一次次更換這些電池，顯得十分不便。因此，就需要一種能夠從周圍環(huán)境獲取所需能量的方法。旋轉(zhuǎn)運動自身包含有大量的機械能，若能將機械能轉(zhuǎn)化為電能則可滿足這個需要。目前，從機械能到電能的轉(zhuǎn)換途徑有多種多樣，包括靜電式、電磁式和壓電式俘能器。這其中，將壓電式俘能器受到了越來越多的關(guān)注。然而，針對旋轉(zhuǎn)運動中的壓電俘能問題，由于旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生的離心力不利于壓電俘能輸出，尚未有較好的結(jié)構(gòu)來解決離心力引起的問題。

發(fā)明內(nèi)容

解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種旋轉(zhuǎn)式壓電懸臂梁俘能器，以解決旋轉(zhuǎn)面垂直于地面的旋轉(zhuǎn)運動中機械能通過壓電效應(yīng)轉(zhuǎn)換成電能的問題，為旋轉(zhuǎn)運動的監(jiān)測系統(tǒng)提供所需的能量。本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)式壓電懸臂梁俘能器可適用的旋轉(zhuǎn)運動如旋轉(zhuǎn)中的汽車輪胎，轉(zhuǎn)動的葉輪等。

為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種旋轉(zhuǎn)式壓電懸臂梁俘能器，包括底座、殼體、壓電懸臂梁和收集電路板，所述殼體固定設(shè)置在底座上，所述殼體為矩形鏤空殼體，所述矩形鏤空殼體一側(cè)開設(shè)有夾縫開口，夾縫開口兩側(cè)各向外延伸有一定位片，所述壓電懸臂梁包括一鋁合金基板以及設(shè)置在鋁合金基板兩側(cè)的壓電單元，所述鋁合金基板一端夾設(shè)在夾縫開口及兩定位片內(nèi)并與兩定位片固定連接，實現(xiàn)壓電懸臂梁與殼體的固定，鋁合金基板自由端兩側(cè)固定連接兩質(zhì)量塊，鋁合金基板的自由端及其連接的兩質(zhì)量塊位于底座的旋轉(zhuǎn)軸上，實現(xiàn)整個壓電懸臂梁可動部分的質(zhì)心位于旋轉(zhuǎn)軸上，所述收集電路板固定在殼體的一側(cè)壁外表面，并通過兩獨立導(dǎo)線與壓電單元兩端電性連接。

進一步的，兩定位片以及鋁合金基板上相對設(shè)有螺孔，通過螺栓穿過螺孔并與螺母固定連接。

進一步的，所述鋁合金基板和壓電單元之間通過絕緣粘合層粘合而成。壓電元件與鋁合金基板之間用絕緣粘合層隔絕，防止電荷泄漏。

進一步的，所述矩形鏤空殼體短邊兩側(cè)底部分別延伸出安裝板，每一所述安裝板上設(shè)有兩安裝孔，通過螺釘穿過該安裝孔與底座固定，實現(xiàn)安裝板與底座的固定連接。

進一步的，所述矩形鏤空殼體的長邊兩側(cè)中間位置的底部分別向外延伸出安裝臺，每一所述安裝臺上設(shè)有一安裝孔，通過螺釘穿過該安裝孔與底座固定，實現(xiàn)安裝臺與底座的固定連接。

更進一步的，所述安裝臺與矩形鏤空殼體的長邊兩側(cè)中間位置的頂部還設(shè)有直角連接板。

本發(fā)明通過采用上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點：

1、本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)式壓電懸臂梁俘能器，其壓電懸臂梁的可動部分的質(zhì)心位于旋轉(zhuǎn)軸上，最大程度的減小質(zhì)心在轉(zhuǎn)動過程中的離心力，減小因大離心力引起的懸臂梁剛度增強，振動幅度減小的問題。

2、本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)式壓電懸臂梁俘能器使得離心力的方向基本沿著懸臂梁平面的法向方向，而不是現(xiàn)有技術(shù)中的徑向方向，令離心力和重力的合力成為一個周期性的方向交替變換的力，該合力作用在懸臂梁平面的法向方向，使得懸臂梁周期性振動；

3、本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)式壓電懸臂梁俘能器通過殼體的阻擋作用，限制質(zhì)量塊的最大離心距離，從而限制質(zhì)量塊的最大離心力，使其小于質(zhì)量塊所受重力，避免質(zhì)量塊在轉(zhuǎn)動過程中由于離心力作用與其中的殼體某部位一直接觸，無振動產(chǎn)生；限制距離d需滿足公式其中，g表示重力加速度，ω表示旋轉(zhuǎn)角速度。同時還能夠限制質(zhì)量塊的最大離心距離，避免因離心距離過大造成懸臂梁的過大形變而損壞。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中實施例旋轉(zhuǎn)式壓電懸臂梁俘能器靜態(tài)時的結(jié)構(gòu)示意正視圖；

圖2是本發(fā)明中實施例旋轉(zhuǎn)式壓電懸臂梁俘能器靜態(tài)時的結(jié)構(gòu)簡圖；

圖3是本發(fā)明中實施例旋轉(zhuǎn)式壓電懸臂梁俘能器靜態(tài)時的結(jié)構(gòu)示意俯視圖；

圖4是本發(fā)明中實施例旋轉(zhuǎn)式壓電懸臂梁俘能器靜態(tài)時的結(jié)構(gòu)示意左視圖；

圖5是本發(fā)明中實施例旋轉(zhuǎn)式壓電懸臂梁俘能器靜態(tài)時的結(jié)構(gòu)示意右視圖。

圖6是本發(fā)明中實施例旋轉(zhuǎn)式壓電懸臂梁俘能器靜態(tài)時的立體示意圖。