專利名稱：縱振橫擺式低頻大振幅壓電懸臂梁發電裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于新能源和發電技術領域，具體涉及縱振、橫擺式壓電懸臂梁發電裝置，用于低頻、大振幅的縱向振動能量回收。
背景技術：
為滿足微功率電子產品及微小型遠程傳感及埋植監測系統的自供電需求、避免大量廢棄電池污染環境，基于電磁、靜電、熱電、電容及壓電等原理的微小型發電裝置的研究已經成為國內外的前沿熱點。各類發電裝置都有其自身的優勢和適用領域，壓電式振動發電裝置的優勢在于結構簡單、易于制作和實現結構上的微小化與集成化等，故適用范圍更廣，現已逐步用于傳感器、健康監測及無線發射系統等領域。在利用壓電材料回收環境能量發電方面，國內外均有較多專利申請，其中絕大多數都是以振動能量回收為使用目的的。眾所周知，對于振動式壓電發電機，僅當壓電振子固有頻率與環境振動頻率相等時方能達到較高的發電能力和能量轉換效率。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幾百赫茲、圓形壓電振子的諧振頻率高達幾千赫茲，而環境振動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境振動能量的效果并不顯著。為降低壓電振子的固有頻率，目前采用的方法是在懸臂梁壓電振子端部或圓形壓電振子中心處安裝集中質量塊，其弊端是當所安裝的質量塊較大時，即使在非工作狀態時壓電振子就已產生較大變形，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地很脆、可承受的形變能力極其有限，即使是較長的懸臂梁壓電振子其安全變形量也僅為毫米級。在現實生活中，常規的環境振動主要是由各類交通エ具運行、人體運動而誘發的，此類振動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幅值有時可達幾厘米、甚至十幾厘米。可見，現有的便攜式振動發電裝置難以在實際中獲得更廣泛的應用。
發明內容本實用新型提供一種縱振橫擺式低頻大振幅壓電懸臂梁發電裝置，以解決現有壓電振動發電裝置僅能用于振幅較小、頻率較高壞境下的振動能量回收的問題，用于各類交通工具顛簸及人體運動等常規環境下的低頻、大振幅振動能量回收。本實用新型采用的技術方案是殼體通過螺釘與底座固定連接，所述殼體的內壁上均勻粘接有第一組磁鐵和第二組磁鐵，第一組磁鐵和第二組磁鐵不在同一高度上，所述底座上通過螺釘安裝有銷軸，銷軸的另一端與殼體的頂部壓接，在所述銷軸上自上而下依次套接有第一個彈簧、慣性塊和第二個彈簧，所述慣性塊的兩端各設ー個安裝卡簧的環形槽，慣性塊上還設有用于安裝壓電振子的直槽；所述壓電振子由金屬基板和壓電晶片粘接而成，所述金屬基板的一端粘接有磁鐵、另一端插入慣性塊的直槽內并通過卡簧固定；安裝在殼體上的第一組磁鐵及第ニ組磁鐵與安裝于壓電振子上的磁鐵的同性磁極靠近安裝。在自然狀態下，慣性塊在第一個彈簧和第二個彈簧的作用下處于平衡靜止狀態，壓電振子以及安裝于壓電振子端部的磁鐵也處于靜止狀態。當殼體環境中縱向振動激勵吋，慣性塊沿銷軸上下振動，致使壓電振子端部的磁鐵與安裝在殼體上的磁鐵第一組和第ニ組磁鐵之間的距離發生變化，當壓電振子上的磁鐵和殼體上的第一組磁鐵及第ニ組磁鐵依次接近時，同性磁極間將產生排斥力，從而使壓電振子產生交替的橫向彎曲變形,并將機械能轉換成電能。本實用新型的特點及優勢在于:①懸臂梁壓電振子的彎曲振動方向與環境縱向振動方向垂直，壓電振子的變形量僅受磁場カ大小的影響，不致因環境縱向振幅過大而損毀，可靠性高;②慣性塊自身的重力作用在彈簧上，其質量的大小對壓電振子的振動特性無直接影響，可采用較大質量慣性塊和低剛度彈簧降低發電裝置的固有頻率、實現低頻振動能量回收；
圖I (a)是本實用新型一個較佳實施例中發電裝置靜止狀態下的結構剖示圖；圖I (b)是圖I (a)的A-A剖示圖；圖2是本實用新型一個較佳實施例中發電裝置各磁鐵磁極配置關系示意圖；圖3(a)是本實用新型一個較佳實施例中慣性塊的結構剖示圖；圖3(b)是圖3(a)的俯視圖；圖4是本實用新型一個較佳實施例中壓電振子金屬基板的結構示意圖；圖5(a)是本實用新型一個較佳實施例中慣性塊向上運動時的結構剖示圖；圖5(b)是圖5(a)的剖面圖；圖6(a)是本實用新型一個較佳實施例中慣性塊向下運動時的結構剖示圖；圖6(b)是圖6(a)的剖面圖。
具體實施方式
如圖I、圖2、圖3和圖4所示，殼體2通過螺釘連接安裝在底座I上，所述殼體2的內壁上均勻粘接有第一組磁鐵3和第二組磁鐵4，第一組磁鐵3和第二組磁鐵4不在同一高度上；所述底座I上通過螺釘安裝有銷軸5，銷軸5的另一端與殼體2的頂部壓接；在所述銷軸5上自上而下依次套接有第一個彈簧6、慣性塊7和第二個彈簧8 ;所述慣性塊7的兩端各設ー個環形槽701，慣性塊7上還設有用于安裝壓電振子9的直槽702 ;所述壓電振子9由金屬基板901和壓電晶片902粘接而成，所述金屬基板901的一端粘接有磁鐵11、另一端插入慣性塊7的直槽702內，并通過卡簧10固定；安裝在殼體2上的第一組磁鐵3、第ニ組磁鐵4與安裝于壓電振子10上的磁鐵11的同性磁極靠近安裝，即將磁鐵11的N極與第一組磁鐵3的N極、磁鐵11的S與第二組磁鐵4的S極靠近安裝。在自然狀態下，慣性塊7在第一個彈簧6和第二個彈簧8的作用下處于平衡靜止狀態，壓電振子9以及安裝于壓電振子9端部的磁鐵11也處于靜止狀態。當殼體環境中縱向振動激勵吋，慣性塊7沿銷軸5上下往復振動，致使壓電振子9端部的磁鐵11與安裝在殼體上的第一組磁鐵3和第二組磁鐵4之間的距離發生變化，當壓電振子上的磁鐵11和殼體上的第一組磁鐵3及第ニ組磁鐵4依次接近吋，同性磁極間將產生排斥力，從而使壓電振子9產生交替的橫向彎曲變形,并將機械能轉換成電能。[0020]如圖5 (a)、圖5 (b)所示，當殼體I從原始位置向下運動時，慣性塊7因受其自身慣性力的作用響應滯后，從而使第一個彈簧6被壓縮、第二個彈簧8伸長，磁鐵11與第二組磁鐵4之間的距離逐漸縮短，其間的磁場排斥力逐漸增加，逐漸增加的磁場カ迫使壓電振子9向遠離第二組磁鐵4的方向彎曲變形。如圖6(a)、圖6(b)所示，當殼體I的振動方向改變后，即向上方運動時，慣性塊7的慣性カ第二個使彈簧8被壓縮、第一個彈簧6伸長，磁鐵11逐漸遠離第二組磁鐵4、靠近第一組磁鐵3，從而使磁鐵11與第二組磁鐵4之間的場排斥力逐漸減小、與第一組磁鐵3之間的排斥力増加；壓電振子9在自身弾性力以及第一組磁鐵3排斥力的作用下向遠離第一組磁鐵3的方向彎曲變形。隨著殼體2的上下往復縱向振動，壓電振子9在水平面內作往復的橫向擺動，并將機械能轉換成電能。權利要求1. 一種縱振橫擺式低頻大振幅壓電懸臂梁發電裝置，其特征在于殼體通過螺釘與底座固定連接，所述殼體的內壁上均勻粘接有第一組磁鐵和第二組磁鐵，第一組磁鐵和第二組磁鐵不在同一高度上，所述底座上通過螺釘安裝有銷軸，銷軸的另一端與殼體的頂部壓接，在所述銷軸上自上而下依次套接有第一個彈簧、慣性塊和第二個彈簧，所述慣性塊的兩端各設一個安裝卡簧的環形槽，慣性塊上還設有用于安裝壓電振子的直槽；所述壓電振子由金屬基板和壓電晶片粘接而成，所述金屬基板的一端粘接有磁鐵、另一端插入慣性塊的直槽內并通過卡簧固定；安裝在殼體上的第一組磁鐵及第二組磁鐵與安裝于壓電振子上的磁鐵的同性磁極靠近安裝。
專利摘要本實用新型涉及一種縱振橫擺式低頻大振幅壓電懸臂梁發電裝置，屬于新能源和發電技術領域。殼體通過螺釘安裝在底座上，所述殼體的內壁上均勻粘接有第一組磁鐵和第二組磁鐵；銷軸上自上而下依次套接有第一個彈簧、慣性塊和第二個彈簧，所述壓電振子一端粘接有磁鐵、另一端插入慣性塊的直槽內，安裝在殼體上的第一組磁鐵及第二組磁鐵與安裝于壓電振上的磁鐵的同性磁極靠近安裝。優勢在于利用環境縱向振動使懸臂梁壓電振子作水平面內的橫向擺動，可實現低頻及大振幅的振動能量回收，可靠性高。
文檔編號H02N2/18GK202524321SQ20122012614
公開日2012年11月7日 申請日期2012年3月29日 優先權日2012年3月29日
發明者孫明禮, 曾平, 王淑云, 程光明, 闞君武 申請人:浙江師范大學