CN107707152A - 一种旋转式压电俘能器 - Google Patents

Abstract

一种旋转式压电俘能器，属于新能源技术领域，包括导杆、质量块、主动齿轮、执行机构及机架，所述导杆下端与固定基板通过轴承固定连接，导杆上端与质量块法兰连接；所述主动齿轮套设在导杆上并通过定位销钉与导杆固定连接；所述执行机构包括被动齿轮、活塞轴及压电俘能器，所述被动齿轮通过螺钉固定在活塞轴上，被动齿轮与主动齿轮相互啮合构成伞齿轮副；所述活塞轴为阶梯轴，活塞轴通过轴承与机架连接；所述压电俘能器装配在活塞轴上，压电俘能器与活塞轴连接处设置有密封圈，本发明的旋转式压电俘能器弥补了现有压电俘能结构不能直接将旋转机械能转换为电能的不足，结构简单，设计安装方便，便于实现有限体积的较大能量的输出。

Description

一种旋转式压电俘能器

技术领域

本发明属于新能源技术领域，特别是涉及到一种旋转式压电俘能器。

背景技术

微电子器件工作需要能量，传统方法是通过携带电池供能。由于电池的使用周期短、质能比高、有时受环境限制而更换困难，这在很大程度上制约了微电子的发展。

因此直接从环境中俘能为微电子网络节点供电成为很好的替代供能方式。压电俘能装置具有：结构简单，能量密度大，易于微型化，高机电转换效率，无电磁干扰，清洁环保，易于制作，环境适应性强等优点，相较于其他方式具有更广的应用前景。

目前己有的关于压电能量收集装置的基本结构的研究主要集中在压电悬臂梁结构和用于路面振动能量收集、能承载较大应力的钱型结构，但这两种结构都不能直接用于旋转机械能的收集。为了俘获旋转机械能，有人在悬臂梁结构的基础上借助其他机械结构提出了用于旋转机械能收集的压电发电装置，将压电悬臂梁阵列按周向安装，通过碰撞或者悬磁激励的方式将旋转机械能转化为悬臂梁阵列的振动能，进而转换成电能。这种旋转式压电发电机本身结构比较复杂，在设计时为了避免悬臂梁振幅超过压电陶瓷的承受范围以致产生脆性断裂，还要考虑安装限位器，这就增加了设计的难度和装置的体积，不利于提高装置的能量密度、拓宽装置的应用范围。所以人们提出了旋转式压电圆盘俘能器如公布号CN106026775A，但需要对***额外施加激励才能使压电片在旋转的同时发生弯曲变形而产生能量并进行能量回收，这本身就需要消耗能量。

发明内容

本发明目的在于弥补现有压电俘能结构不能直接将旋转机械能转换为电能的不足，提出了一种更为简单直接的旋转式压电俘能器。

本发明采用如下的技术方案：一种旋转式压电俘能器，其特征是：包括导杆、质量块、主动齿轮、执行机构及机架，所述导杆下端与固定基板通过轴承固定连接，导杆上端与质量块法兰连接；所述主动齿轮套设在导杆上并通过定位销钉与导杆固定连接，主动齿轮随导杆一起转动；所述执行机构包括被动齿轮、活塞轴及压电俘能器，所述被动齿轮套设在活塞轴上，并通过螺钉固定在活塞轴上，被动齿轮与主动齿轮相互啮合构成伞齿轮副；所述活塞轴为阶梯轴，活塞轴上设置有螺纹，活塞轴的两端通过轴承与机架连接；所述压电俘能器装配在活塞轴上，压电俘能器底部固定在机架上，压电俘能器与活塞轴连接处设置有密封圈，压电俘能器包括主壳体、壳罩一、活塞一、调节弹簧一、壳罩二、活塞二、调节弹簧二、第一压电圆形复合板、第二压电圆形复合板、蝶形弹簧、拉簧、隔套、第一配重块及第二配重块，所述壳罩一和壳罩二通过螺钉与主壳体连接，并在连接处压接密封圈，沿着活塞轴轴向壳罩一和壳罩二分别位于主壳体两侧；所述活塞一位于壳罩一内部，其将壳罩一分为两个腔室，活塞一套设在活塞轴上并通过花键与活塞轴连接，活塞一沿活塞轴的轴向进行移动；所述活塞二位于壳罩二内部，其将壳罩二分为两个腔室，活塞二套设在活塞轴上并通过花键与活塞轴连接，活塞二沿活塞轴的轴向进行移动；所述调节弹簧一位于活塞一和主壳体之间，并套在活塞轴上；所述调节弹簧二位于主壳体和活塞二之间，并套在活塞轴上，第一压电圆形复合板和第二压电圆形复合板置于主壳体内部，第一压电圆形复合板和第二压电圆形复合板通过螺母固定在活塞轴上，第一压电圆形复合板和第二压电圆形复合板结构一致，由压电陶瓷板和金属基板通过导电胶粘合而成；所述蝶形弹簧一端抵靠在活塞轴的台阶上，另一端抵靠在第一压电圆形复合板上；所述隔套设置在第一压电圆形复合板和第二压电圆形复合板之间及第二压电圆形复合板与活塞轴的台阶之间，并套设在活塞轴上；所述第一配重块固定在第一压电圆形复合板端部；所述第二配重块固定在第二压电圆形复合板的端部；所述拉簧一端与第一配重块固定连接，另一端与第二配重块固定连接，拉簧数量为四个，四个拉簧在同一圆周上均布。

优选的，所述执行机构的数量为两个，且两个执行机构以导杆为对称轴呈对称布置。

进一步，所述机架螺钉固定在固定基板上。

进一步，旋转式压电俘能器还包括蓄能器，所述蓄能器通过管道与壳罩一及壳罩二内部连通，并在管道上安装有阀门。

进一步，旋转式压电俘能器还包括储能和供能单元，储能和供能单元通过导线与压电俘能器连接。

通过上述设计本发明能带来以下有益效果：本发明提供的旋转式压电俘能器弥补了现有压电俘能结构不能直接将旋转机械能转换为电能的不足，结构简单，设计安装方便，便于实现有限体积的较大能量的输出，提高能量密度，且装置的激励容易实现，特别适合应用于旋转机械能的能量收集。

附图说明

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为本发明一种旋转式压电俘能器的结构示意图。

图2为本发明一种旋转式压电俘能器局部放大图。

图3为图2的A-A向剖视图。

图中：1-导杆、2-质量块、3-主动齿轮、4-被动齿轮、5-活塞轴、6-主壳体、7-壳罩一、8-活塞一、9-调节弹簧一、10-壳罩二、11-活塞二、12-调节弹簧二、13-第一压电圆形复合板、14-第二压电圆形复合板、15-蝶形弹簧、16-拉簧、17-隔套、18-第一配重块、19-第二配重块、20-压电陶瓷板、21-金属基板、22-蓄能器、23-储能和供能单元。

具体实施方式

本发明提供的旋转式压电俘能器可应用在汽车和机床等有旋转运动的机构和设备中，如图1、图2及图3所示，该俘能***包括导杆1、质量块2、主动齿轮3、执行机构及机架，所述导杆1下端与固定基板通过轴承固定连接，导杆1上端与质量块2法兰连接；所述主动齿轮3套设在导杆1上并通过定位销钉与导杆1固定连接，主动齿轮3随导杆1一起转动；所述执行机构包括被动齿轮4、活塞轴5及压电俘能器，所述被动齿轮4套设在活塞轴5上，并通过螺钉固定在活塞轴5上，被动齿轮4与主动齿轮3相互啮合构成伞齿轮副；所述活塞轴5为阶梯轴，活塞轴5上设置有螺纹，用于通过螺母调节隔套17、第一压电圆形复合板13和蝶形弹簧15之间的摩擦力，活塞轴5的两端通过轴承与机架连接；所述机架螺钉固定在固定基板上；所述压电俘能器固定在机架上，压电俘能器装配在活塞轴5上，压电俘能器与活塞轴5连接处设置有密封圈，压电俘能器包括主壳体6、壳罩一7、活塞一8、调节弹簧一9、壳罩二10、活塞二11、调节弹簧二12、第一压电圆形复合板13、第二压电圆形复合板14、蝶形弹簧15、拉簧16、隔套17、第一配重块18及第二配重块19，所述壳罩一7和壳罩二10通过螺钉与主壳体6连接，并在连接处压接密封圈，沿着活塞轴5轴向壳罩一7和壳罩二10分别位于主壳体6两侧；所述活塞一8位于壳罩一7内部，其将壳罩一7分为两个腔室，活塞一8套设在活塞轴5上并通过花键与活塞轴5连接，活塞一8可以沿活塞轴5的轴向进行移动；所述活塞二11位于壳罩二10内部，其将壳罩二10分为两个腔室，活塞二11套设在活塞轴5上并通过花键与活塞轴5连接，活塞二11可以沿活塞轴5的轴向进行移动；所述调节弹簧一9位于活塞一8和主壳体6之间，并套在活塞轴5上；所述调节弹簧二12位于主壳体6和活塞二11之间，并套在活塞轴5上，第一压电圆形复合板13和第二压电圆形复合板14置于主壳体6内部，第一压电圆形复合板13和第二压电圆形复合板14通过螺母固定在活塞轴5上，第一压电圆形复合板13和第二压电圆形复合板14结构一致，由压电陶瓷板20和金属基板21通过导电胶粘合而成；所述蝶形弹簧15一端抵靠在活塞轴5的台阶上，另一端抵靠在第一压电圆形复合板13上；所述隔套17设置在第一压电圆形复合板13和第二压电圆形复合板14之间及第二压电圆形复合板14与活塞轴5的台阶之间，并套设在活塞轴5上；所述第一配重块18固定在第一压电圆形复合板13端部；所述第二配重块19固定在第二压电圆形复合板14的端部；所述拉簧16一端与第一配重块18固定连接，另一端与第二配重块19固定连接，拉簧16数量为四个，四个拉簧16在同一圆周上均布。

工作过程：当质量块2受到外力驱动而旋转时，主动齿轮3通过导杆1带动旋转时，随着主动齿轮3的转动，通过伞齿轮副带动被动齿轮4进行旋转，由于主动齿轮3和被动齿轮4在空间呈垂直关系，并由伞齿轮副的传动特点，可以改变旋转方向，所述被动齿轮4套设在活塞轴5上，并通过螺钉固定在活塞轴5上，被动齿轮4带动活塞轴5旋转，活塞一8通过螺钉固定在活塞轴5上，故活塞轴5运动带动活塞一8也进行旋转，活塞一8通过蝶形弹簧15所产生的摩擦力带动第一压电圆形复合板13进行旋转运动，由于第一压电圆形复合板13和第二压电圆形复合板14之间用四个均布的拉簧16进行连接，所以第一压电圆形复合板13通过拉簧16带动第二压电圆形复合板14进行转动，并由此产生形变，第一压电圆形复合板13和第二压电圆形复合板14表面处产生电荷，储能和供能单元23通过导线与压电俘能器连接，利用储能和供能单元23对能量进行收集，并为相关设备供电。该装置弥补了现有压电俘能结构不能直接将旋转机械能转换为电能的不足，结构简单，设计安装方便，便于实现有限体积的较大能量的输出，提高能量密度，且装置的激励容易实现，特别适合应用于旋转机械能的能量收集，电能存储到储能和供能单元23，另外储能和供能单元23通过导线输出电压对第一压电圆形复合板13和第二压电圆形复合板14进行控制。旋转式压电俘能器还包括蓄能器，所述蓄能器通过管道与壳罩一及壳罩二内部连通，并在管道上安装有阀门，活塞轴5与壳罩一7、活塞一8、壳罩二10及活塞二11都用密封圈进行密封，在非工作状态下，活塞一8及活塞二11处于平衡状态，蓄能器22提供预置压力和滤波作用，活塞一8及活塞二11的活塞环因上下表面所受流体作用力相等而处于平衡状态。

Claims (5)

1.一种旋转式压电俘能器，其特征是：包括导杆(1)、质量块(2)、主动齿轮(3)、执行机构及机架，所述导杆(1)下端与固定基板通过轴承固定连接，导杆(1)上端与质量块(2)法兰连接；所述主动齿轮(3)套设在导杆(1)上并通过定位销钉与导杆(1)固定连接，主动齿轮(3)随导杆(1)一起转动；所述执行机构包括被动齿轮(4)、活塞轴(5)及压电俘能器，所述被动齿轮(4)套设在活塞轴(5)上，并通过螺钉固定在活塞轴(5)上，被动齿轮(4)与主动齿轮(3)相互啮合构成伞齿轮副；所述活塞轴(5)为阶梯轴，活塞轴(5)上设置有螺纹，活塞轴(5)的两端通过轴承与机架连接；所述压电俘能器装配在活塞轴(5)上，压电俘能器底部固定在机架上，压电俘能器与活塞轴(5)连接处设置有密封圈，压电俘能器包括主壳体(6)、壳罩一(7)、活塞一(8)、调节弹簧一(9)、壳罩二(10)、活塞二(11)、调节弹簧二(12)、第一压电圆形复合板(13)、第二压电圆形复合板(14)、蝶形弹簧(15)、拉簧(16)、隔套(17)、第一配重块(18)及第二配重块(19)，所述壳罩一(7)和壳罩二(10)通过螺钉与主壳体(6)连接，并在连接处压接密封圈，沿着活塞轴(5)轴向壳罩一(7)和壳罩二(10)分别位于主壳体(6)两侧；所述活塞一(8)位于壳罩一(7)内部，其将壳罩一(7)分为两个腔室，活塞一(8)套设在活塞轴(5)上并通过花键与活塞轴(5)连接，活塞一(8)沿活塞轴(5)的轴向进行移动；所述活塞二(11)位于壳罩二(10)内部，其将壳罩二(10)分为两个腔室，活塞二(11)套设在活塞轴(5)上并通过花键与活塞轴(5)连接，活塞二(11)沿活塞轴(5)的轴向进行移动；所述调节弹簧一(9)位于活塞一(8)和主壳体(6)之间，并套在活塞轴(5)上；所述调节弹簧二(12)位于主壳体(6)和活塞二(11)之间，并套在活塞轴(5)上，第一压电圆形复合板(13)和第二压电圆形复合板(14)置于主壳体(6)内部，第一压电圆形复合板(13)和第二压电圆形复合板(14)通过螺母固定在活塞轴(5)上，第一压电圆形复合板(13)和第二压电圆形复合板(14)结构一致，由压电陶瓷板(20)和金属基板(21)通过导电胶粘合而成；所述蝶形弹簧(15)一端抵靠在活塞轴(5)的台阶上，另一端抵靠在第一压电圆形复合板(13)上；所述隔套(17)设置在第一压电圆形复合板(13)和第二压电圆形复合板(14)之间及第二压电圆形复合板(14)与活塞轴(5)的台阶之间，并套设在活塞轴(5)上；所述第一配重块(18)固定在第一压电圆形复合板(13)端部；所述第二配重块(19)固定在第二压电圆形复合板(14)的端部；所述拉簧(16)一端与第一配重块(18)固定连接，另一端与第二配重块(19)固定连接，拉簧(16)数量为四个，四个拉簧(16)在同一圆周上均布。

2.根据权利要求1所述的一种旋转式压电俘能器，其特征是：所述执行机构的数量为两个，且两个执行机构以导杆(1)为对称轴呈对称布置。

3.根据权利要求1所述的一种旋转式压电俘能器，其特征是：所述机架螺钉固定在固定基板上。

4.根据权利要求1所述的一种旋转式压电俘能器，其特征是：还包括蓄能器(22)，所述蓄能器(22)通过管道与壳罩一(7)及壳罩二(10)内部连通，并在管道上安装有阀门。

5.根据权利要求1所述的一种旋转式压电俘能器，其特征是：还包括储能和供能单元(23)，储能和供能单元(23)通过导线与压电俘能器连接。