[實用新型]附加滾動圓柱的自調諧壓電俘能器裝置

有效

• 申請號: 201821372592.X
• 申請日: 2018-08-24
• 公開（公告）號: CN208638272U
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發明（設計）人: 陳麗華;常力琦;潘世清
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本實用新型公開了附加滾動圓柱的自調諧壓電俘能器裝置，是一種將振動能轉化為電能的裝置；所述裝置由支座、壓電板、滾動圓柱系統組成。壓電板由基板、壓電層構成，固定端用螺栓固定于支座的上部。滾動圓柱系統由粘貼在壓電板自由端的兩個箱子組成，每個箱子由箱體、滾動圓柱、箱蓋構成；滾動圓柱隨板的大幅振動在箱體中不斷滾動并撞擊箱壁，調節并降低了該壓電俘能裝置的固有頻率，增大其俘能頻寬，提高了該俘能器的能量轉換效率和輸出電壓。支座由基座、壓板構成，支座與外部平臺通過基座的螺栓孔連接固定。可用于中小型機械自供電系統或振動監測設備。

技術領域

本實用新型涉及一種附加滾動圓柱的自調諧壓電俘能器裝置，可以在很寬的頻帶內有效收集周圍環境的振動能量進行發電，屬于壓電發電技術及新能源技術領域。

背景技術

在科技迅猛發展的當今社會，傳統能源如石油、天然氣、煤炭等不可再生能源的過量使用在加速科技發展的同時，對人們的生存環境也造成了不可恢復的破壞，新能源的開發和新型材料的利用得到了世界各國的重視。

壓電俘能器是利用壓電材料的壓電效應俘獲環境中的振動能量并將其轉化為電能的設備。與傳統電磁感應發電相比，壓電俘能器由于其結構簡單、易于制造、無污染等優點受到廣泛關注。

1999年Boudaoud等人設計了一種附加可移動磁珠的兩端固支琴弦結構，磁珠上帶有偏心孔，以減小耦合效應，隨著磁場的變化，弦的運動引起磁珠位置的改變，從而實現調諧；2008年Wu等人研究并設計出一種帶有滑動質量塊的螺桿，通過螺桿內外的運動實現調諧，調諧范圍達到130-180Hz，但需要手動實現調諧；2009年Kozinsky設計了一種內部帶有滑動質量塊的空心管，由滑動質量塊的運動引起共振，在沒有質量塊的情況下固有頻率為87.7Hz，帶有質量塊的情況下調諧范圍可達83-90Hz，但這種可移動質量塊在繞自身軸線轉動時會增加耗散；2013年Miller等人研究并設計了一種附加可滑動質量塊的兩端固支梁結構，通過改變滑動質量塊的位置來實現調諧，在0.007-2g的加速度下調諧范圍可達45-140Hz，這種結構的自調諧范圍對尺寸和使用的材料較不敏感；2011年Schaufuss等人研究并設計出了一種基于杠桿的懸臂結構，通過改變杠桿上質量塊的位置實現調諧，調諧范圍達到42–55Hz，但需要手動實現調諧；2015年Jackson等人研究并設計出了一種帶有液體填充質量塊的單壓電層懸臂梁，通過液體的運動實現調諧，實現了1.6-4.45Hz的較窄半峰值帶寬；2018年Somkuwar等人研究并設計了一種附加可移動圓柱體的中空箱，中空箱內圓柱體的運動改變了結構重心的位置從而使該裝置在不同的頻率下產生共振，但由于商用PVDF傳感器安裝問題，這種裝置的輸出電壓較小。

由此可見，可移動質量塊不僅可以調節壓電俘能裝置的固有頻率，它們之間的碰撞還可以使小幅運動變成大幅運動，有效地提高了輸出功率，從而實現高效率寬頻振動的采集效果。

實用新型內容

本實用新型的目的是利用滾動圓柱提高壓電俘能器的俘能頻寬，增大輸出電壓，使其在多頻的振動環境中具有更強的適應性。本實用新型基于壓電板和滾動圓柱系統，提出一種附加滾動圓柱的自調諧壓電俘能器裝置。

為了解決壓電俘能器的上述問題，本實用新型的解決方案如下：

本實用新型的壓電板系統包括基板、壓電層，壓電層通過JL-510環氧AB膠水粘貼在基板的固定端附近；所述壓電層由保護層、壓電薄膜、電極層構成，壓電層的長寬高尺寸為50×50×0.05mm，電極層分別附著在壓電薄膜上下表面，由電極線導出壓電層外側，所述壓電薄膜和電極層被保護層完全包裹，保護層厚度為0.125mm。所述壓電層材料為極化后的PVDF，電極層材料為銀，電極線材料為銅線，保護層材料為聚酯。