[实用新型]基于悬臂梁纵振式压电发电装置

说明书

技术领域

本实用新型属于新能源和发电技术领域，具体涉及一种基于悬臂梁纵振式压电发电装置，用于低电频、高可靠性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检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。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几十赫兹、甚至只有几赫兹，因此直接利用压电振子收集环境振动能量的效果并不明显。为降低压电振子的固有频率，目前采用的方法是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，其弊端是当安装的质量块较大时，即使在非工作状态时压电振子就已经产生较大变形，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、可承受的形变能力及其有限，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、甚至几十厘米。可见，现在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仅能用于在振幅较小、频率较高的环境下的振动能量回收的局限性，本实用新型提供一种高频率，稳定可靠的圆腔内置悬臂梁压电发电装置，用于各类交通工具颠簸及人体运动等常规环境下的低频、大振幅振动能量回收。 

本实用新型采用的实施方案是：两个带有圆形凸起的圆盘通过螺钉对称安装，中间压接有压电振子，所述压电振子由压电陶瓷和金属片构成，自由端装有重物块，所述重物块与下圆盘之间连有弹簧用以平衡重物块的重力；所述圆盘对称安装后凸起刚好夹住悬臂梁式压电振子靠近重物块的金属片上，对压电振子起到一个支点作用，在重物块上下振动的时候，压电振子在凸起支撑下发生弯曲变形，将机械能转化成电能，从而实现能量回收。 

在自然状态下，压电振子自由端的重物块在重力与弹簧弹力的作用下处于平衡状态，此时压电振子也处于静止状态。当本实用新型受到纵向振动激励时，在空腔里的重物块就会上下振动，通过凸起支撑从而使压电振子也发生弯曲变形。同时圆盘上的弧形槽起到限制压电振子过度弯曲的作用也避免压电振子因变形过大而损毁。 

本实用新型的优势及特点在于：①压电振子不会在大振幅下振动因弯曲变形过大而损毁，结构简单，可靠性高；②可改变重物块的质量，改变发电装置的固有频率，实现低频、高频下的振动能量回收。 

附图说明

图1是本实用新型一个较佳实施例中发电装置静止状态下的结构剖视图； 

图2是图1的去掉上圆盘的俯视图； 

图3是本实用新型一个较佳实例中圆弧尖项和圆弧腔的局部放大图； 

图4是本实用新型在纵向振动状态下的较佳的实施例的剖视图。 

具体实施方式

本实用新型采用的实施方案是：两个带有圆弧形凹陷的圆盘3通过螺钉对 称安装，中间压接有压电振子，所述压电振子由压电陶瓷1和金属片2构成，自由端装有重物块，所述重物块4与下圆盘之间连有弹簧8用以平衡重物块的重力；所述圆盘对称安装后凸起7刚好夹住悬臂梁式压电振子靠近重物块的金属片上，对压电振子起到一个支点作用，在重物块4上下振动的时候，压电振子在凸起7支撑下发生弯曲变形，将机械能转化成电能，从而实现能量回收。 

在自然状态下，压电振子自由端的重物块在重力与弹簧弹力的作用下处于平衡状态，此时压电振子也处于静止状态。当本实用新型受到纵向振动激励时，在空腔6里的重物块4就会上下振动，通过凸起7支撑从而使压电振子也发生弯曲变形。同时圆盘3上的弧形槽5也可以限制压电振子的过弯曲避免压电振子因变形过大而损毁。