一种宽频多方向震动俘能装置及其俘能方法制造方法及图纸

本发明专利技术通过纵向压电组

【技术实现步骤摘要】
一种宽频多方向震动俘能装置及其俘能方法


[0001]本专利技术涉及压电俘能
，具体涉及一种宽频多方向震动俘能装置及其俘能方法
。

技术介绍

[0002]近年来，随着全球气候变暖的加剧和石油
、
煤炭
、
天然气等不可再生资源的紧缺，寻求可再生
、
可持续的绿色能源成为人类文明可持续发展的重要挑战
。
利用压电材料的压电效应，从环境中俘获能量的装置称之为压电俘能器，与静电式
、
电磁式将振动机械能转化为电能相比，压电俘能器具有俘能效率高
、
能量密度大
、
工作可靠
、
适应性强
、
无污染
、
成本低等突出优点，从环境振动或噪声中提取能量的性能最好，成为从环境振动中获取电能的一种行之有效的好方法，受到了广泛的重视
。
[0003]压电俘能的研究已逐步出现在研究生
、
本科生以及一些企业的教学与生产研究中，现有俘能结构种类不够全面，方向单一，多数只能运用于单方向振动从而产生单方向的压电效应，但在自然环境中存在震动为多方向
、
多频率耦合单的模态振动，例如微小地震，机械震动，往往是复杂模态下的低频率振动
。
现振动俘能装置还不够完善，不能在宽频率上利用低频率产生相对较高的电压，从而收集利用，为传感器实现自我供电或者辅助供电
。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种宽频多方向震动俘能装置及其俘能方法，具备在全方位振动带来的机械能进行转换为可利用的较高电势的电能，其具备俘能效果好
、
发电量较充足
、
非线性俘能，结构较小
、
使用寿命长
、
电压较高的优点，解决现有单方向振动俘能装置不能满足全方位广泛宽屏的收集自然振动能量
、
电势低不易收集利用和户外传感器供电和辅助供电不佳的问题
。
[0005]本专利技术的一种宽频多方向震动俘能装置及其俘能方法，包括基座
、
俘能机构，所述基座可根据具体安装位置改变外形，只保留可滑动部位即可，所述俘能机构位于基座内侧：
[0006]所述俘能机构包括纵压电组
、
横压电组
、
可拆卸螺栓组
、
滑移机构，所述纵压电组的铜片基梁顶部被可拆卸螺栓组固定在滑移机构中的内侧基座上，纵基梁上有三个弯折面上粘贴有压电片，弯折角度依次是向外弯折
80
度，向内弯折
80
度，向内弯折
80
度，向内弯折
10
度，纵基梁末端裁剪出夹持上磁体的面积
。
纵基梁顶端插入内侧基座的装夹位置，通过螺栓螺母夹紧，上磁体粘黏于基座滑轨上的小滑块上
。
所述横压电组由横基梁中间裁剪出一个可放下磁体的面积，两端对称粘贴压电片在横基梁的表面上，再由两端分别插进两个正方行滑块中，再使两个正方形滑块的另一面粘黏一个短弹簧，短弹簧另一端贴在基座上的弹簧台上，正方形滑块于弹簧台配合缝隙中加入润滑脂
。
所述可拆卸螺栓组包括2个螺栓螺母组合，位于内侧基座上端于纵基梁的左右两边，用于夹紧纵基梁
。
所述滑移机构设于内侧基座与外侧基座连接处，使内侧基座通过长弹簧与圆柱滑轨在外侧基座中滑动
。
上述四组机构将以4个单位为阵列，将底面安装在底座上
。
[0007]优选的，所述纵基梁和横基梁均采用厚度为
0.3mm
的铜片，所述压电片为
PZT
‑
5H
压电片，所述上磁铁和下磁体为
N35(sintered NdFeB)
，所述小滑块和正方形滑块均采用低密度的硬质塑料板，所述的压电片通过导线与外界储能电路板相连接
。
[0008]优选的，所述内侧基座有
a、b
两种类型，
a
类型宽度较为窄，
b
类型宽度较为宽，两种类型高度一致，两种类型的长弹簧和圆柱滑轨分布也不同，
a
类型上端串有2个圆柱滑轨
、1
个长弹簧，下端串有2个圆柱滑轨
、2
个长弹簧，
b
类型上端串有1个圆柱滑轨
、1
个长弹簧，下端串有2个圆柱滑轨
、1
个长弹簧，但所有长弹簧和圆柱滑轨是一样的长度与直径
。
[0009]优选的，整个基座无固定材料规定，只要满足刚度足够即可
。
[0010]优选的，纵基梁与横基梁分布采用相互垂直的交叉分布
。
[0011]优选的，具体俘能方法包括如下步骤：
[0012]A、
将本专利技术通过固定底座于俘能处，当环境中有振动产生时，纵基梁将产生纵向振动，上磁铁将在基座滑轨中纵向位移，使纵基梁各弯折部分产生弯矩，使压电片产生正压电效应，同时上
、
下磁铁间通过磁力的变化，横基梁也将振动，左右两端短弹簧会同时伸缩，使横基梁更好的弯曲振动
。
从而在两个交叉面上产生电势，实现多方位俘能
。
[0013]B、
环境中不光有纵向振动，各个方向的振动均可以被收集
。
在水平面上的振动使得基座弹簧台中的短弹簧可以做拉伸运动，上磁铁的水平移动将会带动两磁铁间磁力的变化，下磁铁会受影响而上下振动
。
下磁铁的纵振动将会使上磁铁产生纵向振动，如此形成正反馈
。
不但能收集各方向的振动，而且能形成正反馈从而提高能量的收集效率，使俘能器能够持续进行振动俘能
。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0015]本专利技术通过纵向压电组
、
横向压电组和基座配合，实现全方位的宽频带振动收集，并且通过纵
、
横压电组配合形成正反馈使能量收集效率提高，提升发电效率，实现压电俘能，并且能过充分利用低频率振动能量，通过垂直交叉面的两个基梁与磁铁的配合，实现线性与非线性的振动组合，拓宽了能量获取频带，形成对振动低频率响应，同时多方向能力收集的形式，不拘束于安装位置，实现复杂模态环境下的高效率能量收集
。
附图说明
[0016]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定
。
在附图中：
[0017]图1为本专利技术结构示意图：
[0018]图2为本专利技术结构的上刨面示意图：
[0019]图3为本专利技术俘能机构在
b
内侧机构上的示意图：
[0020]图4为本专利技术局部结构的示意图一：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种宽频多方向震动俘能装置及其俘能方法，包括俘能机构
(1)、
基座
(2)
，基座
(2)
包括
a
型内侧基座
(6)、b
型内侧基座
(3)、
外侧基座
(19)
和底座
(9)
，
a
型内侧基座
(6)
与
b
型内侧基座
(3)
通过圆柱滑轨
(21)
与长弹簧
(20)
链接外侧基座
(19)
，外侧基座
(19)
底部与底座
(9)
相连，
a
型内侧基座
(6)
与
b
型内侧基座
(3)
在外侧基座
(19)
内的圆柱滑轨
(21)
上自由横向振动或者滑移，此外还受到长弹簧
(20)
的约束力，
a
型内侧基座
(6)
与
b
型内侧基座
(3)
顶部均有装夹部位，通过螺栓
(10)
与螺母
(11)
的配合，夹紧纵基梁
(16)
顶部，纵基梁
(16)
上分布有三个压电片
(13)
，纵基梁
(16)
依次向外弯折
80
度，向内弯折
80
度，向内弯折
80
度，最后向内弯折
10
度，尾部夹持下磁铁
(8)
，下磁铁
(8)
一端通过胶水粘黏着小滑块
(17)
，由此在基座滑轨
(18)
上实现纵向振动，下磁铁
(8)
耦合上磁铁
(7)
，使夹持上磁铁
(7)
的横基梁
(12)
产生振动，从而带动横基梁
(12)
上的压电片
(13)
产生压电效应，横基梁
(12)
两端由正方形滑块
(15)
固定，左右两侧的正方形滑块
(15)
由短弹簧
(14)
连接在弹簧台
(22)
上，纵压电组
(4)
与横压电组
(5)
为一个单元组成四个单元为一组的阵列安装在底座
(9)
上
。2.
根据权利要求1所述的一种宽频多方向震动俘能装置及其俘能方法，其特征在于：所述的基座
(2)
分为
a
型内侧基座
(6)、b
型内侧基座
(3)、
底座
(9)
和外侧基座
(19)
，除底座
(9)
固定外，可两两进行相对滑移
。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：史瑞，陈嘉伟，马天兵，张志豪，徐子梁，李红旺，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：