[發(fā)明專利]一種擺錘式多振子串聯(lián)壓電俘能器

有效

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• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112202363B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何麗鵬;申子宇;劉磊;姜帥;楊碩;王世龍
• 申請（專利權(quán)）人: 長春工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種擺錘式多振子串聯(lián)壓電俘能器，屬于壓電發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。由四周小彈簧、殼體、壓電振子、中心大彈簧、大壓板、鉚釘、小壓板、質(zhì)量塊、十字形質(zhì)量塊、連接臺、凹臺、底座、擺錘組成；殼體通過螺釘安裝在底座上，多個壓電振子呈十字狀串聯(lián)置于殼體內(nèi)，通過五個彈簧固定在殼體頂部，所述壓電振子外側(cè)通過鉚釘和壓板鉚接在質(zhì)量塊上，中間通過鉚釘和壓板鉚接在十字形質(zhì)量塊上，進(jìn)行依次排列串聯(lián)在一起，最下邊連接臺下面連接一個凹臺，擺錘由一根長軸和三個半徑不同的球體組成，中間的球嵌在底座中間的球型槽內(nèi)，上面的球剛好接觸到凹臺的凹面，且球型槽的上下口進(jìn)行擴(kuò)大，可以使擺錘更好的擺動。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種擺錘式多振子串聯(lián)壓電俘能器，用于環(huán)境中低頻、高強(qiáng)度振動能量回收，屬于壓電發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

用于環(huán)境振動能量回收的微小型壓電俘能器的研究已成為國內(nèi)外的新熱點(diǎn)，其目的是：為便攜式微功率電子產(chǎn)品、遠(yuǎn)程傳感監(jiān)測系統(tǒng)等提供實(shí)時的能量供應(yīng)，減少電池電量不足或電能耗盡所帶來的使用不便、以及廢棄電池造成的環(huán)境污染。已有研究成果表明，僅當(dāng)壓電俘能器的基頻與環(huán)境振動頻率相適應(yīng)是才具有較高的發(fā)電能力和機(jī)電能量轉(zhuǎn)換效率。但現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的振源頻率通常較低，如各類交通工具運(yùn)行及人體運(yùn)動等誘發(fā)振動通常僅十幾或幾十赫茲，且振幅較大；而壓電振子自身的基頻通常較高，通常為數(shù)百甚至上千赫茲，無法直接用于低頻振動能量回收，即使自身基頻較低的懸臂梁壓電振子也需采用端部安裝集中質(zhì)量塊方能實(shí)現(xiàn)降低頻率。懸臂梁壓電振子端部加裝質(zhì)量塊的方式目前應(yīng)用最為普遍，其弊端是當(dāng)集中質(zhì)量較大時，壓電振子在非工作狀態(tài)時既已產(chǎn)生較大變形，極易因環(huán)境過大振幅、振動強(qiáng)度過高而損毀。為提高壓電振子的承載能力和可靠性、實(shí)現(xiàn)大振幅及高強(qiáng)度振動能量回收，圓形及疊堆型壓電振子也常被用于構(gòu)造振動俘能器，但此類壓電振子的諧振頻率更高，單個圓形壓電振子的諧振頻率為幾千赫茲，而壓電疊堆的基頻高達(dá)十幾千赫茲。此外，目前的壓電俘能器基本由單個壓電振子構(gòu)成，因其發(fā)電能力有限，無法實(shí)現(xiàn)真正意義上的實(shí)時供電，只能采用儲能-間歇供電方式工作。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種擺錘式多振子串聯(lián)壓電俘能器，以解決現(xiàn)有壓電振動俘能器諧振頻率高、可靠性低、發(fā)電能力及頻帶寬度有限的問題。

一種擺錘式多振子串聯(lián)壓電俘能器，由四周小彈簧(1)、殼體(2)、壓電振子(3)、中心大彈簧(4)、大壓板(5)、鉚釘(6)、小壓板(7)、質(zhì)量塊(8)、十字形質(zhì)量塊(9)、連接臺(10)、凹臺(11)、底座(12)、擺錘(13)組成；所述四周小彈簧(1)連接小壓板(7)和殼體(2)，所述殼體(2)通過螺釘安裝在底座(12)上，多個壓電振子(3)呈十字狀串聯(lián)置于述殼體(2)內(nèi)，在俯視方向上通過左上小彈簧(1-1)、左下小彈簧(1-2)、右上小彈簧(1-3)、右下小彈簧(1-4)四個均布的小彈簧和一中心大彈簧(4)固定在殼體(2)的頂部，所述壓電振子(3)由金屬基板(3-2)和壓電陶瓷(3-1)粘貼在一起，外側(cè)通過鉚釘(6)和小壓板(7)鉚接在質(zhì)量塊(8)上，上下的兩個壓電振子(3)相背安裝，即金屬基板(3-2)相對,中間通過鉚釘(6)和大壓板(5)穿過鉚釘孔(9-1)鉚接在十字形質(zhì)量塊(9)上，進(jìn)行依次排列串聯(lián)在一起,串聯(lián)結(jié)構(gòu)最下邊中間的四個壓電振子(3)通過大壓板(5)穿過鉚釘孔(10-1)和連接臺(10)進(jìn)行鉚接,連接臺(10)下面連接一個凹臺(11)，為一體結(jié)構(gòu)，凹臺(11)的凹面是一個球型凹面，凹面朝下,所述擺錘(13)由一根長軸和三個半徑不同的球體組成，為一體結(jié)構(gòu)，從上到下球體的半徑依次增大，中間的球嵌入在底座(12)中間的球型槽內(nèi)，上面的球在擺錘(13)豎直狀態(tài)下剛好接觸到凹臺(11)的凹面，而且上面的球和中間的球的球心距大于球型凹面的半徑，所述底座(12)中間有球型槽和擺錘(13)進(jìn)行配合，而且球型槽的上下口進(jìn)行擴(kuò)大，呈喇叭狀，可以使擺錘(13)更好的擺動，以達(dá)到裝配整個裝置的目的。

本發(fā)明中，頂部的四周小彈簧(1)和中心大彈簧(4)起拉伸限位和壓縮限位作用，避免壓電振子(3)因受變形過大損壞，且其還承受多個十字形質(zhì)量塊(9)和多個質(zhì)量塊(8)的重力。

本發(fā)明中，凹臺(11)的凹面和擺錘(13)的小球接觸的部分應(yīng)涂有潤滑劑，減小之間的摩擦。