本发明专利技术涉及一种多振子串联式压电俘能器，属于新能源和发电技术领域。壳体通过螺钉安装在底座上，1-50个压电换能器串联置于所述壳体内；压电换能器由两个压电振子通过铆钉铆接在骨架上构成；压电振子由金属基板和压电晶片粘接而成；压电换能器与卡座卡接，两个相邻的压电换能器通过卡销卡接，压电换能器再与销轴一端的卡爪卡接，销轴另一端伸出壳体外且装有质量块；所述销轴自下而上依次套有第一弹簧和第二弹簧，且所述第一弹簧通过销轴轴肩压在换能器壳体上、所述第二弹簧通过质量块压在换能器壳体上；电路板通过螺钉安装在换能器壳体侧壁。优点是：采用多个压电振子串联、并由两个弹簧限位，可实现低频、高强度、大功率振动能量回收。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新能 源和发电
，具体涉及ー种多振子串联式压电俘能器，用于低频、高強度振动能量回收。
技术介绍
用于环境振动能量回收的微小型压电俘能器的研究已成为国内外的新热点，其目的是为便携式微功率电子产品、远程传感监测系统等提供实时的能量供应，減少电池电量不足或电能耗尽所带来的使用不便、以及废弃电池造成的环境污染。已有研究成果表明，仅当压电俘能器的基频与环境振动频率相适应是才具有较高的发电能力和机电能量转换效率。但现实环境中的振源频率通常较低，如各类交通工具运行及人体运动等诱发振动通常仅十几或几十赫兹，且振幅较大；而压电振子自身的基频通常较高，通常为数百甚至上千赫兹，无法直接用于低频振动能量回收，即使自身基频较低的悬臂梁压电振子也需采用端部安装集中质量块方能实现降低频率。悬臂梁压电振子端部加装质量块的方式目前应用最为普遍，其弊端是当集中质量较大时，压电振子在非工作状态时既已产生较大变形，极易因环境过大振幅、振动强度过高而损毁。为提高压电振子的承载能力和可靠性、实现大振幅及高強度振动能量回收，圆形及叠堆型压电振子也常被用于构造振动俘能器，但此类压电振子的谐振频率更高，单个圆形压电振子的谐振频率为几千赫兹，而压电叠堆的基频高达十几千赫兹。此外，目前的压电俘能器基本由单个压电振子构成，因其发电能力有限，无法实现真正意义上的实时供电，只能采用储能-间歇供电方式工作。
技术实现思路
本专利技术提供ー种多振子串联式压电俘能器，以解决现有压电振动俘能器谐振频率高、可靠性低、发电能力及频带宽度有限的问题。本专利技术采用的技术方案是壳体通过螺钉安装在底座上，卡座通过螺钉安装在底座上、且置于所述壳体内，1-50个压电换能器串联置于所述壳体内；所述压电换能器由两个压电振子通过铆钉铆接在环形骨架上构成；所述压电振子由金属基板和压电晶片粘接而成；所述第一个串联的压电换能器与所述卡座卡接，所述的两个相邻的压电换能器通过卡销卡接；所述的最后一个串联的压电换能器与销轴的卡爪卡接，所述销轴通过壳体上端的通孔伸出壳体外，所述销轴的螺纹上通过螺母安装有质量块；所述销轴自下而上依次套有第一弹簧和第二弹簧，且所述第一弹簧通过销轴的轴肩压接在换能器壳体上、所述第二弹簧通过质量块压接在换能器壳体上；电路板通过螺钉安装在换能器壳体的侧壁，同一个压电换能器上的两个压电振子通过导线组ー相连，不同压电换能器的两个压电振子通过导线组二相连，再通过导线组三与电路板连接。本专利技术中，第一弹簧和第二弹簧分别起拉伸限位和压缩限位作用，避免压电振子因受变形过大损坏，且所述第二弹簧还承受质量块的重力。所述第一弹簧、第二弹簧及压电换能器在机械上为并联结构，其等效刚度为 ,，俘能器的谐振频率为=JkI+;土せ，其中か和t分别为第一弹簧和第二弹簧的刚度，ち=ち/.H为多个压电振子串联后的等效刚度，-为单个压电振子的刚度，m为质量块的质量，η为压电振子的数量。根据俘能器谐振频率的计算公式，增加质量块的质量及压电振子数量均可有效降低俘能器的谐振频率。为确保压电振子在静止状态下不受外力作用、且当质量块振幅过大时不致损坏，质量块的质量的计算公式为挪~其中Λ > 分别为俘能器静止时第一弹簧和第二弹簧的压缩量，S为重力加速度；动态工作时两个弹簧的最大可压缩量相等、且计算公式为4= ら，其中ら为单个压电振子所能承受的最大变形量。在自然状态下，压电振子不受外力作用，此时质量的重力由第二弹簧承受。当壳体受环境振动激励时，质量块带动销轴以及压电换能器上下振动，从而使压电振子产生弯曲变形，并将机械能转换成电能。当质量块的实际振幅大于4 =A时，第一弹簧或第二弹簧达到最大的压缩量，即不再被压缩，质量块的惯性カ通过第一弹簧或第二弹簧传递给壳体，从而避免压电振子因变形过大而损坏。本专利技术的特点及优势在于①采用多个压电振子串联及较大质量块，系统谐振频率较低、发电能力强采用两个弹簧限位，可避免压电振子因变形过大损坏，可靠性高。附图说明图I是本专利技术一个较佳实施例中压电俘能器静态时的结构示 图2是本专利技术一个较佳实施例中压电换能器的剖示 图3是图2的俯视 图4是本专利技术较佳实施例中卡销的结构示意 图5是图4的A-A剖视 图6是本专利技术一个较佳实施例中不同集中质量时俘能器的电压-频率特性曲线； 图7是本专利技术一个较佳实施例中不同压电振子数量时俘能器的电能-频率特性曲线。具体实施例方式 壳体I通过螺钉安装在底座2上，卡座3的底板3-1通过螺钉安装在底座2上、且置于所述壳体I内；1_50个压电换能器4串联置于所述壳体I内，所述压电换能器4由两个环形压电振子4-2通过铆钉4-3铆接在环形骨架4-1上构成；所述压电振子4-2由环形金属基板4-2-1和环形压电晶片4-2-2粘接而成；所述第一个串联的压电换能器4通过其上的一个通孔H与所述卡座3的卡爪3-2卡接，所述的两个相邻的压电换能器4通过卡销5卡接；所述的最后一个串联的压电换能器4的一个通孔H与销轴6的卡爪6-1卡接，所述销轴6通过壳体I上端的通孔1-1伸出壳体Iタト，所述销轴6的螺纹6-3上通过螺母9安装有质量块10 ;所述销轴6自下而上依次套有第一弹簧7和第二弹簧8，且所述第一弹簧7通过销轴6的轴肩6-2压接在换能器壳体I上、所述第二弹簧8通过质量块10压接在换能器壳体I上；电路板11通过螺钉安装在换能器壳体I的侧壁，同一个压电换能器4上的两个压电振子4-2通过导线组ー 12相连，不同压电换能器4的两个压电振子4-2通过导线组ニ13相连，压电振子4-2再通过导线组三14与电路板11连接。本专利技术中，第一弹簧7和第二弹簧8分别起拉伸限位和压缩限位作用，避免压电振子4-2因受变形过大损坏，所述第二弹簧还承受质量块10的重力。所述第一弹簧7、第二弹簧8及压电换能器4在机械上为并联结构，其等效刚度为r = + ^+A3 ,俘能器的谐振频軸^x=参^^ ,其中ち和，分别为第一弹簧7和第二弹簧8的刚度，，..k η为多个压电振子4-2串联后的等效刚度，为单个压电振子4-2的刚度，m为质量块10的质量，η为压电振子4-2的数量。根据俘能器谐振频率的计算公式，增加质量块的质量及压电振子数量均可有效降低俘能器的谐振频率。 为确保压电振子4-2在静止状态下不受外力作用、且当质量块10振幅过大时不致损坏，质量块10的质量的计算公式为M = ____________________=_______^，其中Λ 、只分别为俘能器静止时g0IJ aXJ第一弹簧7和第二弹簧8的压缩量，S为重力加速度；动态工作时两个弹簧的最大可压缩量相等、且计算公式为4= ら，其中ら为单个压电振子4-2所能承受的最大变形量。在自然状态下，压电振子4-2不受外力作用，此时质量块10的重力由第二弹簧承受。当壳体受环境振动激励吋，质量块10带动销轴6以及压电换能器4上下振动，从而使压电振子4-2产生弯曲变形，并将机械能转换成电能。当质量块10的实际振幅大于ち= 时，第一弹簧7或第二弹簧8达到最大的压缩量，即不再被压缩，质量块10的惯性カ通过第ー弹簧7或第二弹簧8传递给壳体I，从而避免压电振子4-2因变形过大而损坏。本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多振子串联式压电俘能器，其特征在于壳体通过螺钉安装在底座上，卡座通过螺钉安装在底座上，1-50个压电换能器串联置于所述壳体内；压电换能器由两个压电振子通过铆钉铆接在骨架上构成；压电振子由金属基板和压电晶片粘接而成；第一个串联的压电换能器与卡座卡接，两个相邻的压电换能器通过卡销卡接；所述的最后一个串联的压电换能器与销轴一端的卡爪卡接，销轴通过壳体上的通孔伸出壳体外，销轴的另一端安装有质量块；所述销轴自下而上依次套有第一弹簧和第二弹簧，且所述第一弹簧通过销轴轴肩压在换能器壳体上、所述第二弹簧通过质量块压在换能器壳体...
【专利技术属性】
技术研发人员：王淑云，阚君武，王鸿云，程光明，曾平，黄芳胜，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：
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