[发明专利]一种自适应压电发电装置

说明书

技术领域

本发明属于小功率发电领域，具体涉及一种自适应压电发电装置。

背景技术

压电材料发现以来，其在特定场合的发电应用已经成熟且广泛，包括用其将应力转化为电能的性质形成的应变测试器件、直接用撞击压电材料产生瞬时高电压而形成的各类点火器件和电子引信器件、利用压电陶瓷形成的压电悬臂梁弯曲发电以供给各类电子器件所形成的电子供电器件等。而压电悬臂梁作为一种最简单的压电发电结构，已经得到了广泛的研究与应用，压电悬臂梁用于发电一般有两种工作状态，一种是工作在非共振频率下，由其受力产生的变形引起压电陶瓷产生应力与应变结合压电效应形成发电能力，另外一种是工作在其共振频率下，此时机械能转化为电能的效率大幅提高，但在一些特殊的场合下外界激励时刻发生变化，不容易实现压电悬臂梁在共振状态下工作。而在做回转运动的装置上安装的压电悬臂梁受力情况则比较特殊，可以通过特殊结构的设计使得压电悬臂梁的固有频率发生改变，适应外界的回转运动，该类压电悬臂梁发电装置的效率有明显的提升空间。

发明内容

为了解决目前安装在旋转机构上的压电悬臂梁发电装置固有频率恒定、无法在变化的运动条件下保持悬臂梁系统处于共振状态所引起的发电效率低下的问题，提出了一种自适应压电发电装置，该压电悬臂梁由压电振子、基座、弹簧和滑动质量块构成，所述自适应压电发电装置的基座固定在做回转运动的机构上，利用回转运动发电，在转动速度发生变化时，滑动质量块沿着压电振子发生运动，引起系统刚度的变化，系统的共振频率随之变化使之具有更宽的共振频率范围，可提升压电发电效率。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一种自适应压电发电装置，包括压电振子、基座、弹簧和滑动质量块，其中：

压电振子一端固定在基座上；所述弹簧环绕压电振子布置，一端与基座连接，另一端与滑动质量块连接；所述滑动质量块中心布置有质量块滑动通孔，所述滑动质量块通过质量块滑动通孔与压电振子配合。

所述压电振子可以采用由一片压电薄片材料粘贴在弹性基板上形成的单晶片压电振子，也可以采用由两片压电薄片材料粘贴在弹性基板两侧形成的双晶片压电振子；所述压电薄片材料外表面，布置有多个电极，电极间分割线方向平行于基座上布置有振子安装孔的平面。

使用时，将压电振子垂直布置在与回转运动切向垂直的方向上，同时将基座布置在远离回转中心一侧。工作时，随着回转运动速度的增加，外界激励频率上升，同时在离心力的作用下滑动质量块沿着压电振子向基座方向运动，使得压电振子在滑动质量块与基座之间的长度减小、刚度增加，发电装置的共振频率上升，实现了发电装置的固有频率随着回转运动周期与频率的变化实现自适应调整的目的。

附图说明

图1是本发明一种自适应压电发电装置结构示意图。

图2是本发明各零件与安装关系的示意图。

具体实施方式

参照图1和图2，本发明的自适应压电发电装置是由压电振子1、基座2、弹簧3和滑动质量块4构成，其中：

压电振子1一端通过粘接固定在基座2上的振子安装孔21内；所述弹簧3环绕压电振子1布置，一端与基座2胶接连接，另一端与滑动质量块4胶接连接；所述滑动质量块4中心布置有质量块滑动通孔41，所述滑动质量块4通过质量块滑动通孔41与压电振子1配合。

所述压电振子1采用由一片压电薄片材料11粘贴在弹性基板12上形成的单晶片压电振子，所述压电薄片材料11外表面，布置有第一电极131、第二电极132和第三电极133，各电极间的电极分割线平行于基座2上布置有振子安装孔21的平面。

使用时，将压电振子1垂直布置在与回转运动切向垂直的方向上，同时将基座2布置在远离回转中心一侧，利用基座安装孔22固定。