[发明专利]一种双模压电振动发电装置

说明书

本发明公开了一种双模压电振动发电装置，包括L型底座、T型悬臂梁、d33模式压电晶体、d31模式压电片、可调质量块、质量压块、基座、隔振弹簧和四根引导柱，d31模式压电片贴装在悬臂端的近固定端处，悬臂端的远固定端处下方通过螺纹连接可调质量块，四根引导柱的一端与L型底座的底板螺纹连接，另一端依次穿过基座、质量压块和可调质量块四角的长圆通孔，可调质量块和质量压块之间的引导柱以及所述基座和L型底座的底板之间的引导柱上均设有隔振弹簧。本发明既能实现d33模式中垂直应力下的能量收集，又能实现d31模式中轴向应力下的能量收集，从而实现多种模式的压电能量收集，且结构简单，提高装置对环境的适应性，实现更高的发电效率。

技术领域

本发明涉及一种双模压电振动发电装置，属于发电技术领域。

背景技术

由于人类环保意识的增强和对未来能源危机的担心,人们开始寻找新能源。压电振动发电装置（piezoelectric vibration power generator, PVPG）以其结构简单、成本低、易于实现等优点在能量收集中的应用越来越受到人们的青睐，该装置可收集无线传感器网络环境振动能量，将其转换为电能为网络中传感器节点供电，保证无线传感器网络的长期有效工作。

当前基于压电效应的PVPG主要为d31模式的薄金属悬臂梁压电振子结构，存在压电能量收集模式单一、工作频带窄的缺点，在复杂环境中的PVPG的供电效果并不好。

期刊“多方向宽频带压电式振动能量采集器研究进展”研究表明, 压电单晶片只适用于外界振动频率较低、负载也较低的情况，当环境振动频率与谐振频率相差过大时，发电效率显著降低。为了解决上述问题，中国发明专利“一种频率可调压电振动发电装置”（CN107154751A）根据实际环境中的振动源频率范围，调节悬臂梁的伸出长度，以此来调节d31模式压电片的谐振频率，从而使悬臂梁的谐振频率范围覆盖环境中振动振源频率带宽度，实现宽频能量收集。但该装置振动模式单一，谐振频率可调范围有限。

发明内容

目的：为了克服技术中存在的不足，解决现有技术中压电能量收集模式单一、工作频带窄的问题，本文提供一种双模压电振动发电装置，能够实现多种模式的压电能量收集，提高装置对环境的适应性，实现更高的发电效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种双模压电振动发电装置，包括L型底座、T型悬臂梁、d33模式压电晶体、d31模式压电片、可调质量块、质量压块、基座、隔振弹簧和四根引导柱，所述L型底座包括底板和侧板，且底板与侧板呈L型一体成型，所述 T型悬臂梁包括固定端和悬臂端，且固定端与悬臂端呈T字型一体成型，所述固定端通过安装螺栓固定在L型底座的侧板上，且所述悬臂端与底板平行，所述d31模式压电片贴装在T型悬臂梁的近固定端处，所述T型悬臂梁的悬臂端下方通过螺纹连接可调质量块，所述可调质量块、质量压块和基座的四角均开有长圆通孔，所述四根引导柱的一端与L型底座的底板螺纹连接，另一端依次穿过基座、质量压块和可调质量块四角的长圆通孔，所述质量压块的底面和所述基座的底面开设有矩形槽，所述d33模式压电晶体分别与质量压块和基座通过矩形槽配合连接，所述可调质量块和质量压块之间的引导柱以及所述基座和L型底座的底板之间的引导柱上均设有隔振弹簧。

优选地，所述L型底座的底板上设有四个安装通孔和四个螺纹通孔，所述L型底座通过四个安装通孔固定安装在环境结构上，所述四个引导柱通过底板上的四个螺纹通孔与L型底座固定连接。

优选地，所述L型底座的侧板顶端开有两个螺纹通孔，且侧板的侧面开有连接槽，所述T型悬臂梁的固定端插接在侧板的连接槽中，且由安装螺栓通过侧板顶端的两个螺纹孔连接。

优选地，所述T型悬臂梁的悬臂端的宽度小于可调质量块上长圆通孔的间距。

优选地，所述d31模式压电片通过胶水贴设在T型悬臂梁的近固定端处。