[发明专利]一种船载压电俘能器

说明书

本发明涉及一种船载压电俘能器，属压电发电技术领域。上盖装在壳体侧壁端部，上盖上设有上套筒、装有限位环；壳体侧壁上设有环台、底壁上设有下套筒，壳体底壁上装有限位环和电路板；上套筒和下套筒中都套有一端带端帽的柱塞，端帽外缘上装有内磁环、端面上镶有滚珠；上套筒和下套筒中分别经柱塞压接有缓冲弹簧和平衡弹簧；激励器由隔板及其上下两侧的激励环构成，隔板与激励环形成环槽，环槽内装有惯性块；激励环的激励面为向激励环内侧倾斜的斜面；激励环内壁上装有外磁环，外磁环与内磁环同性磁极相对；隔板上下两侧分别经滚珠顶靠在上套筒和下套筒中的柱塞端帽上；壳体环台上装有由隔环隔开的两组压电振子，压电振子端部顶靠在激励面上。

技术领域

本发明属于压电发电技术领域，具体涉及一种船载压电俘能器，为船舶定位跟踪系统供电。

背景技术

船舶定位跟踪系统在民用船舶上已得到广泛应用，为船舶的航行安全、及时救援、以及失联后的搜救等提供了有力的保障。然而，现有的定位跟踪系统都是基于发动机供电的，一旦船舶出现事故使发动机及整个电力系统失效时，定位跟踪系统也失去了其应有的功能。此外，现有的定位跟踪系统都是外置的，船舶失事进水时无法正常工作、船舶被不法分子劫持后定位系统也容易被关闭或破坏。近年来，为确保船舶定位系统安全可靠地工作，人们已经着手研究基于压电材料的自供电装置，称压电发电机或压电俘能器，以便与定位系统集成且被隐秘安装。然而，目前所提出的船舶定位跟踪系统用压电发电机大多直接利用压电振子上的附加质量惯性力激励，故只能收集某一固定振动方向的能量且谐振频率可调性差；最关键是压电振子工作中承受双向激励、产生双向弯曲变形，当船舶在风浪中振动或摇动幅度较大时，脆性压电材料易因所受拉应力过大而破碎。因此，为使压电发电机在船舶定位跟踪系统中得以实际应用，首先需要解决的关键问题是提高其振动方向的适应性、可靠性以及谐振频率的可调性。

发明内容

本发明提出一种船载压电俘能器，本发明采用的实施方案是：上盖经螺钉安装在壳体的侧壁端部，上盖上设有上套筒，上盖上经螺钉安装有限位环，限位环的材料为弹性橡胶；壳体的侧壁上设有环台，壳体的底壁上设有下套筒，壳体的底壁上经螺钉安装有限位环和电路板，电路板上设有能量转换处理电路和信号发射系统；上套筒和下套筒中都套有柱塞，柱塞的一端设有端帽，端帽的外缘上经螺钉安装有内磁环、端面上镶嵌有一组滚珠；上套筒中经柱塞压接有缓冲弹簧，下套筒中经柱塞压接有平衡弹簧，缓冲弹簧和平衡弹簧均为碟形弹簧；激励器由隔板及隔板上下两侧对称配置的激励环构成，隔板与其上下两侧的激励环共同形成环槽，环槽内经螺钉安装有惯性块；激励环的激励面为斜面，激励面向激励环的内侧倾斜；激励环内壁上经螺钉安装有外磁环，外磁环与内磁环的同性磁极相对安装，以实现激励器的复位和缓冲；隔板上下两侧分别经滚珠顶靠在上套筒和下套筒中柱塞的端帽上；壳体的环台上经压环和螺钉安装有两组压电振子，两组压电振子由隔环隔开；压电振子为由基板和压电片粘接而成的扇形或长方形悬臂梁，各压电振子经不同的导线组分别与电路板连接；压电振子的基板靠近隔环安装，压电振子的自由端顶靠在激励器的激励面上；压电振子安装前为平直结构、安装后为弯曲结构，激励器的隔板中心与柱塞中心重叠时，压电振子的弯曲变形量为其许用值的一半，压电振子为长方形时其自由端变形量的许用值为其中：B＝1-α+αβ，A＝α⁴(1-β)²-4α³(1-β)+6α²(1-β)-4α(1-β)+1，α＝h_m/H，β＝E_m/E_p，h_m为基板厚度，H为压电振子总厚度，E_m和E_p分别为基板和压电片材料的杨氏模量，k₃₁和分别为压电材料的机电耦合系数和许用压应力，L为压电振子的悬臂长度。