一種高性能壓電縱振俘能器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高性能壓電縱振俘能器，屬于新能源【技術(shù)領(lǐng)域】。支架臺(tái)板與蓋板的止口環(huán)間經(jīng)螺釘裝有外筒，支架臺(tái)板與蓋板的沉孔間壓有內(nèi)筒；兩質(zhì)量塊、磁環(huán)和螺母共同構(gòu)成慣性塊，慣性塊套在內(nèi)筒內(nèi)并經(jīng)彈簧與支架臺(tái)板相連；兩片在其圓弧凸起段粘接有壓電片的金屬片鉚接后構(gòu)成壓電振子，壓電振子與其兩端所鉚接的楔形塊和磁塊構(gòu)成換能器；兩組換能器楔形塊安裝在外筒內(nèi)壁上的燕尾槽中、磁塊的導(dǎo)柱分別置于內(nèi)筒側(cè)壁上的兩組徑向通孔內(nèi)；磁塊與磁環(huán)的異性磁極靠近安裝。特色與優(yōu)勢(shì)：壓電片僅承受壓應(yīng)力，壓電振子變形與振動(dòng)方向垂直、且與慣性塊質(zhì)量無直接關(guān)系，換能器與慣性塊-彈簧系統(tǒng)所構(gòu)成兩自由度系統(tǒng)，故可靠性高、固有頻率低、有效頻帶寬。
【專利說明】-種高性能壓電縱振停能器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于新能源【技術(shù)領(lǐng)域】，具體設(shè)及一種高性能壓電縱振俘能器，用于低頻、大 振幅、高強(qiáng)度的縱向振動(dòng)能量回收。

【背景技術(shù)】
[0002] 為滿足微功率電子產(chǎn)品及微小型遠(yuǎn)程傳感及埋植監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自供電需求、避免大 量廢棄電池污染環(huán)境，基于電磁、靜電、熱電、電容及壓電等原理的微小型發(fā)電裝置的研究 已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外的前沿?zé)狳c(diǎn)。各類發(fā)電裝置都有其自身的優(yōu)勢(shì)和適用領(lǐng)域，壓電式振動(dòng)發(fā) 電裝置的優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制作和實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的微小化與集成化等，故適用范圍更 廣，現(xiàn)已逐步用于傳感器、健康監(jiān)測(cè)及無線發(fā)射系統(tǒng)等領(lǐng)域。
[0003] 在利用壓電材料回收環(huán)境能量發(fā)電方面，國(guó)內(nèi)外均有較多專利申請(qǐng)，其中絕大多 數(shù)都是W振動(dòng)能量回收為使用目的的。眾所周知，對(duì)于振動(dòng)式壓電發(fā)電機(jī)，僅當(dāng)壓電振子固 有頻率與環(huán)境振動(dòng)頻率相等時(shí)方能達(dá)到較高的發(fā)電能力和能量轉(zhuǎn)換效率。但因壓電振子自 身的諧振頻率通常較高，其中壓電懸臂梁的諧振頻率達(dá)幾百赫茲、圓形壓電振子的諧振頻 率高達(dá)幾千赫茲，而環(huán)境振動(dòng)頻率一般為十幾赫茲、甚至僅有幾赫茲，因此直接利用壓電振 子收集環(huán)境振動(dòng)能量的效果并不顯著。為降低壓電振子的固有頻率，目前采用的方法是直 接在懸臂梁壓電振子端部或圓形壓電振子中屯、處安裝集中質(zhì)量塊，其弊端是當(dāng)所安裝的質(zhì) 量塊較大時(shí)，即使在非工作狀態(tài)時(shí)壓電振子就已產(chǎn)生較大變形，工作中極易因變形過大而 損毀。其原因在于壓電陶瓷材料質(zhì)地很脆、可承受的形變能力極其有限，即使是較長(zhǎng)的懸臂 梁壓電振子其安全變形量也僅為毫米級(jí)。在現(xiàn)實(shí)生活中，常規(guī)的環(huán)境振動(dòng)主要是由各類交 通工具運(yùn)行、人體運(yùn)動(dòng)而誘發(fā)的，此類振動(dòng)兼具低頻和大振幅的雙重特性，其中汽車、自行 車等交通工具的縱向振動(dòng)幅值有時(shí)可達(dá)幾厘米、甚至十幾厘米。可見，現(xiàn)有的便攜式振動(dòng)發(fā) 電裝置難W在實(shí)際中獲得更廣泛的應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有壓電振動(dòng)發(fā)電裝置可靠性低、低頻環(huán)境適應(yīng)性差等局限性，本發(fā)明提供 一種高性能壓電縱振俘能器，用于各類交通工具顛鑛及人體運(yùn)動(dòng)等常規(guī)環(huán)境下的低頻、大 振幅、及高強(qiáng)度振動(dòng)能量回收。本發(fā)明采用的實(shí)施方案是：支架的臺(tái)板周邊和中屯、處分別設(shè) 有止口環(huán)和沉孔，蓋板的周邊和中屯、處分別設(shè)有止口環(huán)和沉孔；支架臺(tái)板上的止口環(huán)與蓋 板上的止口環(huán)之間通過螺釘安裝有外筒，支架臺(tái)板上的沉孔與蓋板上的沉孔之間壓接有內(nèi) 筒；外筒內(nèi)壁上均布地設(shè)有軸向的燕尾槽，內(nèi)筒側(cè)壁上均布地設(shè)有上下兩組徑向通孔；質(zhì) 量塊一和磁環(huán)依次套在質(zhì)量塊二的立柱上并通過螺母鎖緊，質(zhì)量塊一、質(zhì)量塊二、磁環(huán)和螺 母共同構(gòu)成慣性塊；慣性塊套在內(nèi)筒的內(nèi)孔中，慣性塊通過彈黃與支架臺(tái)板相連接；磁環(huán) 高度小于內(nèi)筒側(cè)壁上兩組徑向通孔間的軸向距離，且非工作時(shí)磁環(huán)到所述兩組通孔中屯、的 距離相等；兩片在其圓弧凸起段粘接有壓電片的金屬片經(jīng)馴釘馴接后構(gòu)成壓電振子，壓電 振子與其兩端所馴接的模形塊和磁塊共同構(gòu)成換能器，模形塊的高度大于磁塊的高度，磁 塊上設(shè)有導(dǎo)柱；兩組換能器的模形塊依次安裝在外筒內(nèi)壁上的燕尾槽中、并通過蓋板壓在 支架的臺(tái)板上，所述兩組換能器上磁塊的導(dǎo)柱分別置于內(nèi)筒側(cè)壁上的兩組徑向通孔內(nèi)；換 能器上磁塊與慣性塊上磁環(huán)的異性磁極靠近安裝。
[0005] 為使壓電振子最大限度地利用振動(dòng)能量發(fā)電、并避免壓電片因拉 應(yīng)力過大而損壞，換能器未裝配時(shí)金屬片上圓弧外表面的最小半徑應(yīng)為

【權(quán)利要求】
1. 一種高性能壓電縱振俘能器，其特征在于：支架的臺(tái)板周邊和中心處分別設(shè)有止口 環(huán)和沉孔，蓋板的周邊和中心處分別設(shè)有止口環(huán)和沉孔；支架臺(tái)板上的止口環(huán)與蓋板上的 止口環(huán)之間通過螺釘安裝有外筒，支架臺(tái)板上的沉孔與蓋板上的沉孔之間壓接有內(nèi)筒；夕卜 筒內(nèi)壁上均布地設(shè)有軸向的燕尾槽，內(nèi)筒側(cè)壁上均布地設(shè)有上下兩組徑向通孔；質(zhì)量塊一 和磁環(huán)依次套在質(zhì)量塊二的立柱上并通過螺母鎖緊，質(zhì)量塊一、質(zhì)量塊二、磁環(huán)和螺母共同 構(gòu)成慣性塊；慣性塊套在內(nèi)筒的內(nèi)孔中，慣性塊通過彈簧與支架臺(tái)板相連接；磁環(huán)高度小 于內(nèi)筒側(cè)壁上兩組徑向通孔間的軸向距離，且非工作時(shí)磁環(huán)到所述兩組通孔中心的距離相 等；兩片在其圓弧凸起段粘接有壓電片的金屬片經(jīng)鉚釘鉚接后構(gòu)成壓電振子，壓電振子與 其兩端所鉚接的楔形塊和磁塊共同構(gòu)成換能器，楔形塊的高度大于磁塊的高度，磁塊上設(shè) 有導(dǎo)柱；兩組換能器的楔形塊依次安裝在外筒內(nèi)壁上的燕尾槽中、并通過蓋板壓在支架的 臺(tái)板上，所述兩組換能器上磁塊的導(dǎo)柱分別置于內(nèi)筒側(cè)壁上的兩組徑向通孔內(nèi)；換能器上 磁塊與慣性塊上磁環(huán)的異性磁極靠近安裝； 為使壓電振子最大限度地利用振動(dòng)能量發(fā)電、并避免壓電片因拉 應(yīng)力過大而損壞，換能器未裝配時(shí)金屬片上圓弧外表面的最小半徑應(yīng)為
和Em分別為壓電片和金屬片的楊氏模量，灸&、TP分別為壓電材料的機(jī)電耦合系數(shù)和許用拉 應(yīng)力。
【文檔編號(hào)】H02N2/18GK104485840SQ201510007150
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2015年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月7日
【發(fā)明者】張忠華, 余杰, 羅罕頻, 闞君武, 王淑云, 曾敬珠 申請(qǐng)人:浙江師范大學(xué)