一种摆动俘能器.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107332472A(43)申请公布日2017.11.07(21)申请号201710732497.X(22)申请日2017.08.17(71)申请人浙江师范大学地址321004浙江省金华市婺城区迎宾大道688号浙江师范大学(72)发明人郑佳佳曹渊阚君武(51)Int.Cl.H02N2/18(2006.01)H02K35/02(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称一种摆动俘能器(57)摘要本发明涉及一种摆动俘能器，属发电技术领域。端盖装在壳体端部，壳体下壁内侧装有线圈，壳体后壁外侧设有安装环；壳体上壁的凸台上装有两个换能器，换能器由基板和压电膜粘接而成，两换能器间设有隔板；销轴两端固定在壳体前后壁上，激励器轴孔套在销轴上，激励器凸轮上装有悬锤；凸轮轮廓曲面由两个相互平行凸轮平面及两个与轴孔同心的凸轮圆弧面构成；悬锤对称地布置在激励器的前后两端，悬锤上镶嵌有磁铁；非工作时换能器与凸轮平面平行，换能器自由端与凸轮平面接触但无相互作用力；激励器绕销轴转动时的变形量逐渐增加，凸轮转动且使凸轮圆弧面与换能器相切时换能器变形量最大，此时压电膜上的最大压应力及换能器变形量都小于其许用值。CN107332472ACN107332472A权利要求书1/1页1.一种摆动俘能器，其特征在于：装有电路板的端盖经螺钉安装在壳体端部，壳体下壁内侧经螺钉安装有线圈，壳体后壁外侧的上下两端各设两个安装环；壳体上壁的凸台上经螺钉和压板安装有两个换能器，换能器由基板和压电膜粘接而成，两个换能器之间压接有隔板，基板靠近隔板安装；销轴两端分别固定在壳体前壁和壳体后壁上，激励器的轴孔套在销轴上，激励器的凸轮上经摆臂连接有悬锤；凸轮的轮廓曲面由两个相互平行且到轴孔中心距离相等的凸轮平面及两个与轴孔同心的凸轮圆弧面构成；悬锤对称地布置在激励器的前后两端，悬锤上镶嵌有磁铁；非工作时，换能器与凸轮平面平行、换能器自由端与凸轮平面接触但无相互作用力；激励器绕销轴逆时针或顺时针转动时换能器的变形量都逐渐增加，凸轮转动且使凸轮圆弧面与换能器相切时换能器变形量最大，此时压电膜上的最大压应力小于其许用值、换能器端部的弯曲变形量小于其许用值。2CN107332472A说明书1/3页一种摆动俘能器技术领域[0001]本发明属于发电技术领域，具体涉及一种摆动俘能器，为微功率电子产品提供实时的能量供应。背景技术[0002]为满足微功率电子产品及微小型远程传感及埋植监测系统的自供电需求、避免大量废弃电池污染环境，基于电磁、静电、热电、电容、及压电等原理的微小型发电机的研究已经成为国内外的前沿热点。各类发电装置都有其自身的优势和适用领域，压电发电装置的优势在于结构简单、易于制作和实现结构上的微小化与集成化等，故适用范围更广，现已逐步用于传感器、健康监测及无线发射系统等领域。在利用压电材料构造发电机方面，国内外均有较多专利申请，但能量来源主要集中在振动能、流体能及旋转体动能等环境能量方面，其结构及原理均不适于人体运动发电；此外，现有压电发电机都是利用圆形或悬臂梁型压电振子的弯曲变形模式进行发电的，其最大的弊端是应力分布差异较大所导致的发电能力低下和压电材料受拉应力过大破碎所造成的可靠性下降两方面，同时也不适于跑步、跳跃等人体运动幅度较大的场合。发明内容[0003]本发明提出一种摆动俘能器，本发明采用的实施方案是：安装有电路板的端盖经螺钉安装在壳体的端部，壳体下壁内侧经螺钉安装有线圈，壳体后壁外侧的上下两端各设两个安装环；壳体上壁的凸台上经螺钉和压板安装有两个换能器，换能器为由基板和压电膜粘接而成的压电换能器，两个换能器之间压接有隔板，基板靠近隔板安装；销轴的两端分别固定在壳体前壁和壳体后壁上，激励器的轴孔套在销轴上，激励器的凸轮上经摆臂连接有悬锤；凸轮的轮廓曲面由两个相互平行且到轴孔中心距离相等的凸轮平面及两个与轴孔同心的凸轮圆弧面构成；悬锤对称地布置在激励器的前后两端，悬锤上镶嵌有磁铁。[0004]非工作时，换能器与凸轮平面平行、换能器自由端与凸轮平面接触但无相互作用力；激励器绕销轴逆时针或顺时针转动时换能器的变形量都逐渐增加，凸轮转动且使凸轮圆弧面与换能器相切时换能器变形量最大，此时压电膜上的最大压应力小于其许用值、换能器端部的弯曲变形量小于其许用值其中：B＝1-α+αβ，A＝α4(1-232β)-4α(1-β)+6α(1-β)-4α(1-β)+1，α＝hm/H，β＝Em/Ep，hm为基板厚度，H为换能器总厚度，Em和Ep分别为基板和压电膜材料的杨氏模量，k31和分别为压电材料的机电耦合系数和许用压应力，L为换能器的长度。[0005]本发明提出的俘能器用于收集人行走及摆臂运动能，使用前需通过柔