[发明专利]压电式俘能器

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械振动能量回收装置，特别是指一种压电式俘能器。

背景技术

早在19世纪后期，船舶振动问题就已引起人们的注意，柴油机是动力机械中热效率最高、能量利用率最高、最节能的机型，在船舶业有较为广泛的应用，由于柴油机采用曲柄连杆机构，随着柴油机的高速运转，必然要产生周期性变化的不平衡力和力矩，振动也随之产生，长时间的振动能量直接耗散到空气中。

机械振动转化成电能所采用的方法一般有三种：电磁式、静电式、压电式。压电式俘能器因结构简单，电压与功率输出密度高而备受关注。压电式俘能器采用压电陶瓷材料将机械振动转化成电能，压电陶瓷材料具有优良的力电耦合性能，能直接从环境中提取振动能量，并将其转化成电能。

目前，现有技术中暂无利用压电式俘能器回收柴油机振动能量的装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于回收柴油机振动能量的压电式俘能器。

为实现上述目的，本发明所设计的压电式俘能器，包括用于容纳压电式俘能器并将其固定在柴油机的机座上的桶状底座，所述桶状底座上设置有压电单元，所述压电单元包括环状外壳，所述环状外壳的内侧面上等角度均匀设置有3个或5个载物台，各载物台的支撑面在同一水平面上，各载物台上分别设置有压电陶瓷堆和用于限制压电陶瓷堆位置的限位挡板，所述压电陶瓷堆由压电陶瓷片堆叠成层状结构，所述压电陶瓷堆上方设置有用于压紧压电陶瓷片的压盖，所述压盖的顶部中心位置垂直设置有支杆，所述支杆上方设置有悬臂梁，所述悬臂梁一端固定在环状外壳的内侧，另一端与设置在环状外壳中心的质量块相连，所述质量块的质量可以根据实际需要进行调整。本发明压电式俘能器的外形根据需要可以设置为圆形或多边形。

进一步的，由于压电陶瓷片为脆性材料，为避免其在压电陶瓷堆叠结构中承受非轴向力而导致受损，悬臂梁与支杆的连接可采用铰链连接，使作用在压电陶瓷堆上的力始终沿其轴线方向。

进一步的，所述桶状底座上的压电单元数量可以设置为两个及以上，各压电单元呈层状堆叠在桶状底座上。采用多层俘能器堆叠方式有效节约空间并提高了发电量。各层压电单元之间可设置螺钉进行固定以增加装置的稳定性。

进一步的，所述桶状底座可采用强力磁铁制作，可更方便地进行拆卸与安装。

本发明的有益效果是：(1)利用压电陶瓷的正压电效应，采用悬臂梁结构俘获柴油机的振动能量，将有害的振动转变为可利用的电能，从而为船舶上的低耗能电器供电，减少化石燃料的消耗；(2)在环状外壳内等角度设置3组或5组压电陶瓷堆，以尽可能多地布置压电陶瓷片，这样在有限的空间内就可以转换更多的电能，此外奇数根悬臂梁可以消除悬臂梁的内应力，减少脉动率，使得压电式俘能器在振动较为复杂的柴油机上保持一定的结构稳定性，延长使用寿命；(3)柴油机在运转的过程中产生振动，质量块随之上下振动，可增大振动幅度、减小振动频率，从而提高压电转化效率；(4)压电陶瓷堆上所产生的电荷量与压电陶瓷片的数量成正比，由于压电陶瓷片做的很薄，压电陶瓷堆比同等厚度的单个压电陶瓷片产生的电荷量要大很多，从而提高了压电单元的发电量；(5)本发明结构简单，便于拆装与检修，每个压电单元结构尺寸相同，便于替换，并可成组使用。

附图说明

图1为改进压电式俘能器的结构示意图。

图2为改进压电式俘能器在柴油机底座上安装的结构示意图。

图3为图1中压电单元的立体示意图。

图4为图3中压电单元的俯视结构示意图。

图5为图4中压电单元单个悬臂梁的A-A向剖视图。

其中：柴油机1、机座2、压电式俘能器3、桶状底座4、压电单元5、环状外壳6、载物台7、支撑面8、压电陶瓷堆9、压电陶瓷片10、压盖11、支杆12、悬臂梁13、质量块14、限位挡板15

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1～5所示，本发明改进的压电式俘能器包括桶状底座4，桶状底座4用于容纳压电式俘能器3并将其固定在柴油机1的机座2上的。桶状底座4上设置有压电单元5，压电单元5包括环状外壳6，环状外壳6的内侧面上等角度均匀设置有三个载物台7，各载物台7的支撑面8在同一水平面上。各载物台7上分别设置有压电陶瓷堆9和用于限制压电陶瓷堆9位置的限位挡板15，限位挡板15环绕在压电陶瓷堆9的外围，其内侧面紧贴压电陶瓷堆9的侧面。压电陶瓷堆9由一定数量的圆形薄片状的压电陶瓷片10堆叠成层状结构，压电陶瓷堆9上方设置有用于压紧压电陶瓷片10的圆形压盖11，压盖11的顶部中心位置垂直设置有支杆12，支杆12上方设置有悬臂梁13，悬臂梁13一端固定在环状外壳6的内侧，另一端与设置在环状外壳6中心的质量块14相连。悬臂梁13与支杆12铰链连接。桶状底座4上设置的压电单元5的数量为3个，置于桶状底座4内形成三层结构。桶状底座4由强力磁铁制成并可吸在柴油机1的机座2上。