[发明专利]一种纵横复合激励式压电俘能器

说明书

技术领域

本发明属于新能源和发电技术领域，具体涉及一种压电俘能器，为便携式微功率电子产品及无线传感监测系统等提供实时的能量供应。

背景技术

利用压电陶瓷材料回收环境振动能量构造的微小型俘能器被认为是便携式微功率电子产品以及远程埋植传感监测系统实时自供电的有效手段。虽然某些类型压电俘能器已经在现实中获得应用，但其振动环境的适应能力、可靠性及能量转换效率等方面还有较大的局限性，不利于压电振动俘能技术的进一步推广应用。

对于振动式压电俘能器而言，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较高，通常为几百、甚至几千赫兹，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。为此，需在悬臂梁压电振子端部或圆形压电振子中心处安装集中惯性块，其弊端是当所安装的惯性块较大时，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。此外，现实中非结构环境下的振源具有多方向性、且其振动方向和振幅大小还具时变性，以行进中的汽车为例，其振源包括道路不平引起的纵向振动、速度变化引起的前后振动、运行方向漂移引起横向振动等，且上述各个振源之间存在振动耦合与叠加效果，其实际的振动方向并不确定。

发明内容

本发明提供一种纵横复合激励式压电俘能器，以解决现有振动式压电俘能器自由度有限、不适于多方向振动能量回收的问题。

本发明采取的技术方案是：上壳体与下壳体通过螺钉连接，在所述上壳体与下壳体之间装夹有一组压电振子，所述压电振子由金属基板及压电晶片粘接而成，所述压电振子的自由端安装有磁铁，在所述的下壳体上安装有球销套，所述球销套内安装有球销，所述球销与惯性块通过惯性块上的螺杆连接，在所述的螺杆上依次套装有第一环形磁铁、套管和第二环形磁铁，所述的第一环形磁铁、套管及第二环形磁铁压接在球销和惯性块之间，在所述的球销上套有弹簧，所述弹簧压接在球销套和第二环形磁铁之间，所述的安装于压电振子上的磁铁与安装在螺杆上的第一环形磁铁及第二环形磁铁的同性磁极靠近安装。

在本发明中，球销可在球销套内作任意方向的摆动。在自然状态下，惯性块在弹簧的推力以及各磁铁之间排斥力的作用下处于平衡位置，压电振子端部的磁铁和螺杆上的第一个环形磁铁及第二个环形磁铁之间处于相对静止状态；当俘能器受外界垂直方向振动激励、或任一水平方向振动激励时，压电振子都将产生弯曲变形、并将机械能转换成电能。

本发明的特点及优势在于：                                               可实现纵向及任一水平方向的振动能量回收；适于低频及大振幅的振动环境、且可靠性高，原因在于：纵向振动时，压电振子端部的磁铁悬浮于螺杆上的两个环形磁铁中间，磁铁之间的排斥力具有缓冲和限位作用，可采用较大的端部磁铁降低压电振子的谐振频率；水平方向激励时，激振力及压电振子的变形量仅与螺杆的摆动角度及磁场强度有关，压电振子也不致因环境振幅过大而损毁。

附图说明

图1是本发明一个较佳实施例中俘能器处于自然静止状态下的结构剖面示意图；

图2是图1的A-A剖面示意图；

图3是本发明一个较佳实施例中金属基板的结构示意图；

图4是本发明一个较佳实施例中俘能器上下振动时的结构剖面示意图；

图5是本发明一个较佳实施例中俘能器水平方向振动时的结构剖面示意图。

具体实施方式：

如图1、图2、图3所示，上壳体1与下壳体11通过螺钉连接，在所述上壳体1与下壳体11之间装夹有一组压电振子6；所述压电振子6由金属基板6-1及压电晶片6-2粘接而成，所述压电振子6的自由端安装有磁铁5；在所述的下壳体11上安装有球销套10，所述球销套10内安装有球销8；所述球销8与惯性块2通过惯性块2上的螺杆2-1连接；在所述的螺杆2-1上依次套装有第一环形磁铁3、套管4和第二环形磁铁7，所述的第一环形磁铁3、套管4及第二环形磁铁7压接在球销8和惯性块2之间；在所述的球销8上套有弹簧9，所述弹簧9压接在球销套10和第二环形磁铁7之间；所述的安装于压电振子6上的磁铁5与安装在螺杆2-1上的第一环形磁铁3及第二环形磁铁7的同性磁极靠近安装。

在本发明中，球销8可在球销套10内作任意方向的摆动。在自然状态下，惯性块2在弹簧9的推力以及各磁铁之间排斥力的作用下处于平衡位置，压电振子端部的磁铁5和螺杆2-1上的第一环形磁铁3及第二环形磁铁7之间处于相对静止状态。