[发明专利]一种压电纵振俘能器

说明书

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种高性能压电纵振俘能器，用于低频、大振幅、高强度的纵向振动能量回收。

背景技术

为满足微功率电子产品及微小型远程传感及埋植监测系统的自供电需求、避免大量废弃电池污染环境，基于电磁、静电、热电、电容及压电等原理的微小型发电装置的研究已经成为国内外的前沿热点。各类发电装置都有其自身的优势和适用领域，压电式振动发电装置的优势在于结构简单、易于制作和实现结构上的微小化与集成化等，故适用范围更广，现已逐步用于传感器、健康监测及无线发射系统等领域。

在利用压电材料回收环境能量发电方面，国内外均有较多专利申请，其中绝大多数都是以振动能量回收为使用目的的。众所周知，对于振动式压电发电机，仅当压电振子固有频率与环境振动频率相等时方能达到较高的发电能力和能量转换效率。但因压电振子自身的谐振频率通常较高，其中压电悬臂梁的谐振频率达几百赫兹、圆形压电振子的谐振频率高达几千赫兹，而环境振动频率一般为十几赫兹、甚至仅有几赫兹，因此直接利用压电振子收集环境振动能量的效果并不显著。为降低压电振子的固有频率，目前采用的方法是直接在悬臂梁压电振子端部或圆形压电振子中心处安装集中质量块，其弊端是当所安装的质量块较大时，即使在非工作状态时压电振子就已产生较大变形，工作中极易因变形过大而损毁。其原因在于压电陶瓷材料质地很脆、可承受的形变能力极其有限，即使是较长的悬臂梁压电振子其安全变形量也仅为毫米级。在现实生活中，常规的环境振动主要是由各类交通工具运行、人体运动而诱发的，此类振动兼具低频和大振幅的双重特性，其中汽车、自行车等交通工具的纵向振动幅值有时可达几厘米、甚至十几厘米。可见，现有的便携式振动发电装置难以在实际中获得更广泛的应用。

发明内容

针对现有压电振动发电装置可靠性低、低频环境适应性差等局限性，本发明提供一种高性能压电纵振俘能器，用于各类交通工具颠簸及人体运动等常规环境下的低频、大振幅、及高强度振动能量回收。本发明采用的实施方案是：支架的台板周边和中心处分别设有止口环和沉孔，盖板的周边和中心处分别设有止口环和沉孔；支架台板上的止口环与盖板上的止口环之间通过螺钉安装有外筒，支架台板上的沉孔与盖板上的沉孔之间压接有内筒；外筒内壁上均布地设有轴向的燕尾槽，内筒侧壁上均布地设有上下两组径向通孔；质量块一和磁环依次套在质量块二的立柱上并通过螺母锁紧，质量块一、质量块二、磁环和螺母共同构成惯性块；惯性块套在内筒的内孔中，惯性块通过弹簧与支架台板相连接；磁环高度小于内筒侧壁上两组径向通孔间的轴向距离，且非工作时磁环到所述两组通孔中心的距离相等；两片在其圆弧凸起段粘接有压电片的金属片经铆钉铆接后构成压电振子，压电振子与其两端所铆接的楔形块和磁块共同构成换能器，楔形块的高度大于磁块的高度，磁块上设有导柱；两组换能器的楔形块依次安装在外筒内壁上的燕尾槽中、并通过盖板压在支架的台板上，所述两组换能器上磁块的导柱分别置于内筒侧壁上的两组径向通孔内；换能器上磁块与惯性块上磁环的异性磁极靠近安装。