基于凸塊保護(hù)的懸臂梁式旋轉(zhuǎn)壓電發(fā)電的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于凸塊保護(hù)的懸臂梁式旋轉(zhuǎn)壓電發(fā)電機(jī)，屬于壓電發(fā)電領(lǐng)域。機(jī)架的側(cè)壁上鑲嵌有軸承，機(jī)架側(cè)壁的凸臺(tái)上安裝有懸臂梁壓電振子和擋圈；懸臂梁壓電振子自由端一側(cè)與機(jī)架側(cè)壁上的凸塊壓接在一起；機(jī)架的箱體端部通過(guò)螺釘安裝在端蓋上，端蓋上安裝有懸臂梁壓電振子和擋圈；懸臂梁壓電振子自由端一側(cè)與端蓋側(cè)壁上的凸塊壓接在一起；旋轉(zhuǎn)軸的一端通過(guò)軸承安裝在機(jī)架上，旋轉(zhuǎn)軸的軸肩上通過(guò)螺釘安裝有磁鐵轉(zhuǎn)盤(pán)和擋圈。特色與優(yōu)勢(shì)：機(jī)架和端蓋兩側(cè)的凸塊對(duì)懸臂梁壓電振子接觸支撐，可將自由端的變形通過(guò)接觸支撐過(guò)渡到固定端，使懸臂梁壓電振子產(chǎn)生更大變形，提高了發(fā)電量，并且通過(guò)凸塊限位避免了懸臂梁壓電振子由于變形過(guò)大而損壞。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于凸塊保護(hù)的懸臂梁式旋轉(zhuǎn)壓電發(fā)電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于壓電發(fā)電及自供電應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于凸塊保護(hù)的懸臂梁式旋轉(zhuǎn)壓電發(fā)電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]利用薄片型壓電振子構(gòu)造微小型旋轉(zhuǎn)壓電發(fā)電機(jī)的研究已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外持續(xù)多年的熱點(diǎn)。針對(duì)發(fā)電機(jī)原動(dòng)力來(lái)源及應(yīng)用目的的不同，目前國(guó)內(nèi)外均已提出了多種結(jié)構(gòu)形式的懸臂梁式壓電發(fā)電機(jī)，主要包括振動(dòng)式和旋轉(zhuǎn)式兩大類(lèi)型。其中，旋轉(zhuǎn)式壓電發(fā)電機(jī)最初是為解決旋轉(zhuǎn)體的自供電傳感監(jiān)測(cè)(如直升機(jī)螺旋槳、汽車(chē)輪胎壓力、航空發(fā)動(dòng)機(jī)/高速列車(chē)/油氣鉆主軸等的自供電傳感監(jiān)測(cè))而提出的；此外，微型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的需求也是催生旋轉(zhuǎn)式壓電發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵要素。就發(fā)電/供電能力而言，旋轉(zhuǎn)式電磁發(fā)電機(jī)已很成熟、且已被廣泛應(yīng)用，但因其需要?jiǎng)幼优c定子作相對(duì)運(yùn)動(dòng)、且動(dòng)/定子尺寸相當(dāng)，故結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大，無(wú)法或不便用于某些需要將發(fā)電機(jī)與旋轉(zhuǎn)體相集成的微小及遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，尤其不適于汽車(chē)輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合。與之相比，薄片型壓電振子因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、且可與旋轉(zhuǎn)體集成，故被認(rèn)為是構(gòu)造微小型旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)的有效方法。
[0003]根據(jù)激勵(lì)方式的不同，現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)式壓電發(fā)電機(jī)可分為3大類(lèi):①慣性激勵(lì)式，利用壓電振子隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中受力方向的變化使其沿旋轉(zhuǎn)方向彎曲變形，該方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但僅適于低速，高速、尤其是勻高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)因離心力過(guò)大而無(wú)法產(chǎn)生交替的雙向變形、且轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)驟變將使壓電振子因受力/變形過(guò)大而損毀撥動(dòng)式，利用帶有撥齒的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)撥動(dòng)固定的壓電振子、或利用固定的撥齒撥動(dòng)旋轉(zhuǎn)的壓電振子使其沿旋轉(zhuǎn)方向的變形，該方法需二者作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，不適于汽車(chē)輪胎、獨(dú)立的懸臂主軸等無(wú)固定支撐的場(chǎng)合、且高速時(shí)沖擊/噪音較大撞擊式，利用旋轉(zhuǎn)墜落的鋼球撞擊壓電振子，該方法也僅適用于轉(zhuǎn)速較低的場(chǎng)合，且存在較大的接觸沖擊與噪音、還可使壓電振子因接觸沖擊而損毀。
[0004]上述已有的3類(lèi)旋轉(zhuǎn)式壓電發(fā)電機(jī)的共同特點(diǎn)是壓電振子均沿旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)方向變形，其變形量和發(fā)電量完全取決于旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，由此所帶來(lái)的弊端在于:①壓電振子變形量不可控，過(guò)大的變形會(huì)導(dǎo)致壓電振子碎裂，故可靠性低在高速、勻速、尤其是勻-高速時(shí)，壓電振子不會(huì)被有效激勵(lì)，環(huán)境適應(yīng)能力及頻帶寬度有限。顯然，上述沿旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)方向激勵(lì)(周向激勵(lì))壓電振子發(fā)電的方法已成為制約其實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)瓶頸，現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)式壓電發(fā)電機(jī)并不適于直升機(jī)螺旋槳、汽車(chē)輪胎、航空發(fā)動(dòng)機(jī)/高速列車(chē)/油氣鉆主軸等高轉(zhuǎn)速或使用空間/結(jié)構(gòu)受限的場(chǎng)合。因此，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、頻帶寬、無(wú)沖擊/噪音、且適用于勻速/高速、尤其是勻-高速轉(zhuǎn)動(dòng)的新型旋轉(zhuǎn)式壓電發(fā)電機(jī)依然是很多領(lǐng)域所急需的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)各類(lèi)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自供電的需求現(xiàn)狀、以及現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)壓電發(fā)電機(jī)在可靠性及轉(zhuǎn)速適應(yīng)能力等方面所存在的弊端，本實(shí)用新型提出一種使懸臂梁壓電振子在凸塊保護(hù)下軸向彎曲振動(dòng)并發(fā)電的旋轉(zhuǎn)式壓電發(fā)電機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)基于凸塊保護(hù)的懸臂梁式旋轉(zhuǎn)壓電發(fā)電機(jī)。
[0006]本實(shí)用新型采用的實(shí)施方案是:機(jī)架的側(cè)壁上鑲嵌有軸承，所述機(jī)架側(cè)壁的凸臺(tái)上安裝有懸臂梁壓電振子和擋圈，所述懸臂梁壓電振子由金屬基板和壓電晶片粘接而成；所述懸臂梁壓電振子自由端一側(cè)與機(jī)架側(cè)壁上的凸塊壓接在一起，第一定磁鐵通過(guò)螺釘固定在所述懸臂梁壓電振子自由端的一側(cè)；機(jī)架的箱體端部通過(guò)螺釘安裝在端蓋上，所述端蓋上安裝有懸臂梁壓電振子和擋圈；所述懸臂梁壓電振子自由端一側(cè)與端蓋側(cè)壁上的凸塊壓接在一起；第二定磁鐵通過(guò)螺釘固定在所述懸臂梁壓電振子自由端的一側(cè)；旋轉(zhuǎn)軸的一端通過(guò)軸承安裝在所述機(jī)架上，所述旋轉(zhuǎn)軸的軸肩上通過(guò)螺釘安裝有磁鐵轉(zhuǎn)盤(pán)和擋圈；第一動(dòng)磁鐵和第二動(dòng)磁鐵的同性磁極相對(duì)通過(guò)螺釘安裝在所述磁鐵轉(zhuǎn)盤(pán)上；所述第一動(dòng)磁鐵與位于機(jī)架側(cè)壁上的第一定磁鐵的同性磁極相對(duì)安裝，所述第二動(dòng)磁鐵與位于端蓋上的第二定磁鐵的同性磁極相對(duì)安裝；所述第一、第二定磁鐵的數(shù)量相等。
[0007]本實(shí)用新型中，在旋轉(zhuǎn)軸連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，安裝在機(jī)架和端蓋側(cè)壁上的懸臂梁壓電振子以及安裝于所述壓電振子上的第一、第二定磁鐵相對(duì)靜止，而安裝在轉(zhuǎn)軸上的第一動(dòng)磁鐵和第二動(dòng)磁鐵相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)的第一動(dòng)磁鐵與第一定磁鐵靠近時(shí)，兩個(gè)同性的磁極之間產(chǎn)生排斥力、并使機(jī)架側(cè)壁上的壓電振子沿旋轉(zhuǎn)軸的軸線方向向左彎曲，同時(shí)機(jī)架側(cè)壁上的凸塊對(duì)懸臂梁壓電振子接觸支撐；相反，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)的第二動(dòng)磁鐵與第二定磁鐵靠近時(shí)，兩個(gè)同性磁極間產(chǎn)生排斥力、并使端蓋側(cè)壁上的壓電振子沿旋轉(zhuǎn)軸的軸線方向向右彎曲，端蓋側(cè)壁上的凸塊對(duì)懸臂梁壓電振子接觸支撐。隨著旋轉(zhuǎn)軸的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，兩側(cè)壓電振子在排斥力的推動(dòng)下即產(chǎn)生連續(xù)的軸向往復(fù)彎曲振動(dòng)，并將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。
[0008]本實(shí)用新型的特色在于:機(jī)架和端蓋兩側(cè)的凸塊對(duì)懸臂梁壓電振子接觸支撐，可將自由端的變形通過(guò)接觸支撐過(guò)渡到固定端，使懸臂梁壓電振子產(chǎn)生更大變形，提高了發(fā)電量，并且通過(guò)凸塊限位避免了懸臂梁壓電振子由于變形過(guò)大而損壞。采用動(dòng)磁鐵與定磁鐵之間同性磁極靠近時(shí)產(chǎn)生的排斥力激勵(lì)壓電振子軸向變形，動(dòng)-定磁鐵間不會(huì)因相吸而接觸，從而提高壓電振子的可靠性；同時(shí)壓電振子的彎曲變形量及發(fā)電量主要由磁極間的磁場(chǎng)強(qiáng)度決定，旋轉(zhuǎn)軸增速、減速、及轉(zhuǎn)速高低等狀態(tài)變化對(duì)其無(wú)直接影響，因此對(duì)轉(zhuǎn)速適應(yīng)能力強(qiáng)，在各種轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下都有較強(qiáng)的發(fā)電能力。
[0009]本實(shí)用新型優(yōu)勢(shì)在于:①通過(guò)凸塊對(duì)懸臂梁壓電振子接觸支撐，使懸臂梁壓電振子固定端產(chǎn)生更大變形，提高了發(fā)電量，并通過(guò)凸塊限位避免了懸臂梁壓電振子由于變形過(guò)大而損壞；②壓電振子通過(guò)磁力耦合實(shí)現(xiàn)非接觸激勵(lì)，無(wú)接觸沖擊、噪音及接觸激勵(lì)可能造成的壓電振子損毀壓電振子沿旋轉(zhuǎn)軸的軸向彎曲變形，變形量及發(fā)電量不受旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)影響，故工作頻帶較寬、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，勻速及高速時(shí)均可發(fā)電；④發(fā)電部件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易與旋轉(zhuǎn)體集成。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)圖。
[0011]圖2是圖1的A-A剖面圖。
[0012]圖3是圖1的I部的放大視圖。
[0013]圖4是懸臂梁壓電振子的結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0014]本實(shí)用新型采用的實(shí)施方案是:機(jī)架I的側(cè)壁上鑲嵌有軸承2，所述機(jī)架I的側(cè)壁凸臺(tái)上安裝有懸臂梁壓電振子7和擋圈10 ’，所述懸臂梁壓電振子7由金屬基板701和壓電晶片702粘接而成；所述懸臂梁壓電振子7自由端一側(cè)與機(jī)架I側(cè)壁上的凸塊101壓接在一起，第一定磁鐵6’通過(guò)螺釘固定在所述懸臂梁壓電振子7自由端的一側(cè)；機(jī)架I的箱體102端部通過(guò)螺釘安裝在端蓋9上，所述端蓋9上安裝有懸臂梁壓電振子7和擋圈10 ;所述懸臂梁壓電振子7自由端一側(cè)與端蓋9側(cè)壁上的凸塊901壓接在一起；第二定磁鐵6通過(guò)螺釘固定在所述懸臂梁壓電振子7自由端的一側(cè)；旋轉(zhuǎn)軸3的一端通過(guò)軸承安裝在所述機(jī)架I上，所述旋轉(zhuǎn)軸的軸肩301通過(guò)螺釘安裝有磁鐵轉(zhuǎn)盤(pán)4和擋圈8 ;第一動(dòng)磁鐵5和第二動(dòng)磁鐵5’的同性磁極相對(duì)通過(guò)螺釘安裝在所述磁鐵轉(zhuǎn)盤(pán)4上；所述第一動(dòng)磁鐵5與位于機(jī)架I側(cè)壁上的第一定磁鐵6’的同性磁極相對(duì)安裝，所述第二動(dòng)磁鐵5’與位于端蓋9上的第二定磁鐵6的同性磁極相對(duì)安裝；所述第一、第二定磁鐵6和6’的數(shù)量相等。
[0015]本實(shí)用新型中，在旋轉(zhuǎn)軸3連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，安裝在機(jī)架I和端蓋9側(cè)壁上的懸臂梁壓電振子7以及安裝于所述壓電振子7上的第一、第二定磁鐵6’和6相對(duì)靜止，而安裝在轉(zhuǎn)軸3上的第一動(dòng)磁鐵5和第二動(dòng)磁鐵5’相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)的第一動(dòng)磁鐵5與第一定磁鐵6’靠近時(shí)，兩個(gè)同性的磁極之間產(chǎn)生排斥力、并使機(jī)架I側(cè)壁上的壓電振子7沿旋轉(zhuǎn)軸3的軸線方向向左彎曲，同時(shí)機(jī)架I側(cè)壁上的凸塊101對(duì)懸臂梁壓電振子7接觸支撐；相反，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)的第二動(dòng)磁鐵5’與第二定磁鐵6靠近時(shí)，兩個(gè)同性磁極間產(chǎn)生排斥力、并使端蓋9側(cè)壁上的壓電振子7沿旋轉(zhuǎn)軸3的軸線方向向右彎曲，端蓋9側(cè)壁上的凸塊901對(duì)懸臂梁壓電振子7接觸支撐。隨著旋轉(zhuǎn)軸3的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，兩側(cè)壓電振子7在排斥力的推動(dòng)下即產(chǎn)生連續(xù)的軸向往復(fù)彎曲振動(dòng),并將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。
【權(quán)利要求】
1.一種基于凸塊保護(hù)的懸臂梁式旋轉(zhuǎn)壓電發(fā)電機(jī)，其特征在于:機(jī)架的側(cè)壁上鑲嵌有軸承，所述機(jī)架側(cè)壁的凸臺(tái)上安裝有懸臂梁壓電振子和擋圈，所述懸臂梁壓電振子由金屬基板和壓電晶片粘接而成；所述懸臂梁壓電振子自由端一側(cè)與機(jī)架側(cè)壁上的凸塊壓接在一起，第一定磁鐵通過(guò)螺釘固定在所述懸臂梁壓電振子自由端的一側(cè)；機(jī)架的箱體端部通過(guò)螺釘安裝在端蓋上，所述端蓋上安裝有懸臂梁壓電振子和擋圈；所述懸臂梁壓電振子自由端一側(cè)與端蓋側(cè)壁上的凸塊壓接在一起；第二定磁鐵通過(guò)螺釘固定在所述懸臂梁壓電振子自由端的一側(cè)；旋轉(zhuǎn)軸的一端通過(guò)軸承安裝在所述機(jī)架上，所述旋轉(zhuǎn)軸的軸肩上通過(guò)螺釘安裝有磁鐵轉(zhuǎn)盤(pán)和擋圈；第一動(dòng)磁鐵和第二動(dòng)磁鐵的同性磁極相對(duì)通過(guò)螺釘安裝在所述磁鐵轉(zhuǎn)盤(pán)上；所述第一動(dòng)磁鐵與位于機(jī)架側(cè)壁上的第一定磁鐵的同性磁極相對(duì)安裝，所述第二動(dòng)磁鐵與位于端蓋上的第二定磁鐵的同性磁極相對(duì)安裝；所述第一、第二定磁鐵的數(shù)量相等。
【文檔編號(hào)】H02N2/18GK203399016SQ201320406764
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月30日
【發(fā)明者】富佳偉, 張忠華, 闞君武, 蔡建程, 黃芳勝, 韓冰, 朱航凱, 范春濤 申請(qǐng)人:浙江師范大學(xué)