CN110943645A - 一种具有升频转换的多谐振压电能量采集器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有升频转换的多谐振压电能量采集器，包括压电能量采集模块、动力传输模块和盖板，其中：压电能量采集模块具有悬臂式基板和压电片；动力传输模块具有用于拨动悬臂式基板悬置端的可转动设置的拨片、与拨片同轴设置且同步动作的齿轮、与齿轮相啮合的齿条、用于引导齿条运动的滑槽以及连接于齿条与滑槽之间的第一弹簧；盖板用于接受外界激励，且该盖板通过传动柱可将外界激励沿滑槽长度方向作用于齿条上，盖板与滑槽之间设置有用于盖板复位的第二弹簧。与现有技术相比，本发明将外界低频的输入转化为了压电能量采集模块悬臂梁的高频振动，加之压电能量采集模块受到多次激励，都提高了能量采集效率，增加了电能输出。
Description
技术领域
本发明涉及能源采集领域，尤其是涉及一种具有升频转换的多谐振压电能量采集器。
背景技术
随着微机械技术、嵌入式设备和无线传感器网络等低能耗、功率小，独立工作的***的发展，使得对独立电源自供电的需求越来越强烈。现如今，大多设备还是使用电池这种传统方式进行供电，而这种传统方式存在着寿命短，需经常更换等一系列问题。为了解决这问题，人们进行长期的研究，利用环境中的能量转化为电能。因此，能量采集技术成了现今研究的热点之一。
能量采集就是将周围环境中存在的能量转化为电能并存储在储能器件之中的技术，其能量来源可包括自然界中可利用而未被利用的能源，主要包括热能、声能、动能、光能、潮汐能、风能等等。振动是生活环境中普遍存在的。汽车、火车、地铁、飞机等设备运行时，都会产生振动。因此机械振动能是一种普遍存在的能源。因而，目前能量采集器的研究主要是针对机械振动能采集这一方面。
机械振动能采集主要是用振动能量采集器将环境中的机械能转化为电能。振动能量采集器分为：电磁式、静电式、压电式和磁致伸缩式。由于压电能量采集器具有结构简单、能量密度高、不受电磁干扰、体积小、成本低等诸多优点。所以，压电式能量采集器的研究最为广泛。但现有的压电能量采集器应用范围有限、应用价值较小、实用性不佳。
发明内容
申请人发现现有的压电能量采集器存在谐振频率难以和环境振动频率匹配、环境振动能量利用率低与转换效率不高等问题，导致其应用范围有限、应用价值较小、实用性不佳。
本发明的目的就是为了克服现有技术的缺陷而提供一种具有升频转换的多谐振压电能量采集器。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种具有升频转换的多谐振压电能量采集器，包括：
压电能量采集模块，具有悬臂式基板以及沿悬臂式基板长度方向设置的压电片，动力传输模块，具有用于拨动悬臂式基板悬置端的可转动设置的拨片、与拨片同轴设置且同步动作的齿轮、与齿轮相啮合的齿条、用于引导齿条运动的滑槽以及连接于齿条与滑槽之间的第一弹簧，
盖板，用于接受外界激励，且该盖板通过传动柱可将外界激励沿滑槽长度方向作用于齿条上，盖板与滑槽之间设置有用于盖板复位的第二弹簧。
优选地，还包括立板，所述的悬臂式基板的一端为悬置端，另一端为固定端，该固定端通过夹板固定于立板上。
优选地，所述的动力传输模块还包括转轴、轴承和轴承座，所述的拨片和齿轮穿设于转轴上，转轴的两端通过轴承与轴承座可转动连接。
优选地，还包括基座，用于承载滑槽、轴承座和立板。
优选地，所述的悬臂式基板水平布置，压电片设有两个，分别位于悬臂式基板的上下两面。
优选地，所述的滑槽为竖向滑槽，所述的盖板遮盖于立板和滑槽上方，第二弹簧还设置于立板与盖板之间。
优选地，所述的传动柱为立柱，立柱的顶端与盖板连接，立柱的底端穿过滑槽顶部，伸入滑槽内，并可作用于齿条的顶端。
优选地，所述的第一弹簧为拉伸弹簧，设置于滑槽顶端与齿条顶端之间，所述的第二弹簧为压缩弹簧。
优选地，所述的齿轮设有两个，分居拨片两侧，每个齿轮分别与一个齿条相啮合，每个齿条分别设置于平行布置的两个滑槽中，每个齿条与滑槽之间均设有第一弹簧。
本发明中的升频转换是指将外界激励的低频振动，最终转换为压电能量采集模块高频振动；多谐振是指拨片的不断来回转动，激励压电能量采集模块多次产生谐振。具体地讲：动力传输模块在受到外界激励的盖板的激励下，与齿条连接的第一弹簧(以拉伸弹簧为例)被拉长，从而将外界激励能量转化为弹性势能，在外界激励消失后，第一弹簧将带动齿条一起做谐振运动。齿条产生谐振后，传导给与其啮合的齿轮，带动同轴设置的齿轮和拨片不断来回转动，拨片来回转动的角度小于180o，来回转动的拨片不断激励压电能量采集模块。压电能量采集模块受到拨片的激励并产生自谐振，进而将振动能转换为电能。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提出的具有升频转换的多谐振压电能量采集器采用的动力传输模块可以将外界激励的能量转化为弹簧的弹性势能，暂时存储能量，在外界激励消失后，弹簧将带动齿条一起做谐振运动。
(2)本发明中齿条的谐振运动使得与其啮合的齿轮和与齿轮同轴的拨片不断来回转动，从而多次激励压电能量采集模块产生谐振，将能量转化为电能。
(3)本发明将外界低频的输入转化为了压电能量采集模块悬臂梁的高频振动，加之压电能量采集模块受到多次激励，都提高了能量采集效率，增加了电能输出。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的主视结构示意图；
图3为本发明的动力传输模块的***示意图；
图4为本发明的压电能量采集模块的***示意图。
图中，1为盖板，2为传动柱，3为第二弹簧，4为动力传输模块，41为滑槽，42为第一弹簧，43为齿条，44为齿轮，45为拨片，46为转轴，47为轴承，48为轴承座，5为压电能量采集模块，51为压电片，52为悬臂式基板，6为立板，7为基座。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种具有升频转换的多谐振压电能量采集器，如图1～4所示，包括压电能量采集模块5、动力传输模块4和盖板1，其中：
压电能量采集模块5具有悬臂式基板52以及沿悬臂式基板52长度方向设置的压电片51；动力传输模块4具有用于拨动悬臂式基板52悬置端的可转动设置的拨片45、与拨片45同轴设置且同步动作的齿轮44、与齿轮44相啮合的齿条43、用于引导齿条43运动的滑槽41以及连接于齿条43与滑槽41之间的第一弹簧42；盖板1用于接受外界激励，且该盖板1通过传动柱2可将外界激励沿滑槽41长度方向作用于齿条43上，盖板1与滑槽41之间设置有用于盖板1复位的第二弹簧3。
优选地，该具有升频转换的多谐振压电能量采集器还包括立板6，悬臂式基板52的一端为悬置端，另一端为固定端，该固定端通过夹板53固定于立板6上。进一步优选悬臂式基板52水平布置，压电片51设有两个，分别位于悬臂式基板52的上下两面，如图1、图2和图4所示。
如图3所示，优选齿轮44设有两个，分居拨片45两侧，每个齿轮44分别与一个齿条43相啮合，每个齿条43分别设置于平行布置的两个滑槽41中，每个齿条43与滑槽41之间均设有第一弹簧42。进一步优选滑槽41为竖向滑槽，盖板1遮盖于立板6和滑槽41上方，立板6和滑槽41分别位于盖板1的相对两侧的下方，立板6与盖板1之间也设有第二弹簧3(优选第二弹簧3为两个，并与两个第一弹簧42相匹配)，且进一步优选具有升频转换的多谐振压电能量采集器还包括基座7，用于承载滑槽41、轴承座48和立板6。优选传动柱2为立柱，立柱的顶端与盖板1连接，立柱的底端穿过滑槽41顶部，伸入滑槽41内，并可作用于齿条43的顶端。进一步优选动力传输模块4还包括转轴46、轴承47和轴承座48，拨片45和齿轮44穿设于转轴46上，转轴46的两端通过轴承47与轴承座48可转动连接。进一步优选第一弹簧42为拉伸弹簧，设置于滑槽41顶端与齿条43顶端之间，第二弹簧3为压缩弹簧，如图2和图3所示。
如图1和图2所示，盖板1为外界激励的受力部位(与盖板1相连的第二弹簧3(图中为压缩弹簧)致使受压的盖板1恢复到原来位置)，同时与盖板1相连的立柱2随盖板1一起下移，最终与齿条43顶部接触，推动齿条43下移，从而使与齿条43相连的第一弹簧42(图中为拉伸弹簧)被拉长，在外力作用消失后，第一弹簧42带动齿条43一起做谐振运动。齿条43产生谐振后，传导给与其啮合的齿轮44，带动同轴的齿轮44和拨片45不断来回转动，从而拨片45不断激励压电能量采集模块5使其产生高频自谐振，将能量转化为电能。本发明将外界激励的低频振动转换为了压电能量采集模块5高频振动，将外界的单次激励转变为了滑块41的往复谐振和压电能量采集模块5的多次谐振运动，提高了对能量的采集效率，增加了电能的输出。
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种具有升频转换的多谐振压电能量采集器，其特征在于，包括：
压电能量采集模块(5)，具有悬臂式基板(52)以及沿悬臂式基板(52)长度方向设置的压电片(51)，
动力传输模块(4)，具有用于拨动悬臂式基板(52)悬置端的可转动设置的拨片(45)、与拨片(45)同轴设置且同步动作的齿轮(44)、与齿轮(44)相啮合的齿条(43)、用于引导齿条(43)运动的滑槽(41)以及连接于齿条(43)与滑槽(41)之间的第一弹簧(42)，
盖板(1)，用于接受外界激励，且该盖板(1)通过传动柱(2)可将外界激励沿滑槽(41)长度方向作用于齿条(43)上，盖板(1)与滑槽(41)之间设置有用于盖板(1)复位的第二弹簧(3)。
2.根据权利要求1所述的一种具有升频转换的多谐振压电能量采集器，其特征在于，还包括立板(6)，所述的悬臂式基板(52)的一端为悬置端，另一端为固定端，该固定端通过夹板(53)固定于立板(6)上。
3.根据权利要求2所述的一种具有升频转换的多谐振压电能量采集器，其特征在于，所述的动力传输模块(4)还包括转轴(46)、轴承(47)和轴承座(48)，所述的拨片(45)和齿轮(44)穿设于转轴(46)上，转轴(46)的两端通过轴承(47)与轴承座(48)可转动连接。
4.根据权利要求2或3所述的一种具有升频转换的多谐振压电能量采集器，其特征在于，所述的悬臂式基板(52)水平布置，压电片(51)设有两个，分别位于悬臂式基板(52)的上下两面。
5.根据权利要求2或3所述的一种具有升频转换的多谐振压电能量采集器，其特征在于，所述的滑槽(41)为竖向滑槽，所述的盖板(1)遮盖于立板(6)和滑槽(41)上方，第二弹簧(3)还设置于立板(6)与盖板(1)之间。
6.根据权利要求5所述的一种具有升频转换的多谐振压电能量采集器，其特征在于，所述的传动柱(2)为立柱，立柱的顶端与盖板(1)连接，立柱的底端穿过滑槽(41)顶部，伸入滑槽(41)内，并可作用于齿条(43)的顶端。
7.根据权利要求2或5所述的一种具有升频转换的多谐振压电能量采集器，其特征在于，所述的第一弹簧(42)为拉伸弹簧，设置于滑槽(41)顶端与齿条(43)顶端之间，所述的第二弹簧(3)为压缩弹簧。
8.根据权利要求1所述的一种具有升频转换的多谐振压电能量采集器，其特征在于，所述的齿轮(44)设有两个，分居拨片(45)两侧，每个齿轮(44)分别与一个齿条(43)相啮合，每个齿条(43)分别设置于平行布置的两个滑槽(41)中，每个齿条(43)与滑槽(41)之间均设有第一弹簧(42)。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111854926A (zh) * | 2020-07-24 | 2020-10-30 | 镇江联芯微电子科技有限公司 | 一种夹持型悬臂梁结构振动能量测试平台 |
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| CN115276465A (zh) * | 2022-07-11 | 2022-11-01 | 西安理工大学 | 人体运动能量俘获装置 |
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111854926A (zh) * | 2020-07-24 | 2020-10-30 | 镇江联芯微电子科技有限公司 | 一种夹持型悬臂梁结构振动能量测试平台 |
| CN112228298A (zh) * | 2020-11-06 | 2021-01-15 | 安徽盛瑞科技有限公司 | 一种基于自发电功能的车载定位装置 |
| CN112636632A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-04-09 | 上海工程技术大学 | 一种非线性两自由度多谐振压电能量采集器 |
| CN112636632B (zh) * | 2020-12-21 | 2024-05-31 | 上海工程技术大学 | 一种非线性两自由度多谐振压电能量采集器 |
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