一种自适应压电发电悬臂梁的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种自适应压电发电悬臂梁，包括包括：压电振子⑴、自由端质量块⑵、曲面固定支撑端（3)、安装垫片（4)和螺栓（5)，其中：所述压电振子（1)一端布置有自由端质量块（2)，另一端固定在曲面固定支撑端（3)上，通过安装垫片⑷由螺栓⑶固定；所述曲面固定支撑端⑶具有振子安装面（31)和与之相邻的变支撑曲面(32);所述振子安装面（31)和与之相邻的变支撑曲面（32)共同垂直于与二者相邻的侧表面，系统安装在旋转装置上作为发电器件，可以根据旋转速度实现固有频率的自适应变化，使得发电装置固有频率带宽增加，增加发电量。
【专利说明】一种自适应压电发电悬臂梁
【技术领域】
[0001] 本发明属于小功率发电领域，具体涉及一种自适应压电发电悬臂梁。
【背景技术】
[0002] 压电材料发现以来，已广泛用于特定场合的发电装置，包括用其将应力转化为电 能的性质形成的应变测试器件、直接用撞击压电材料产生瞬时高电压形成的各类点火器件 和电子引信器件、利用压电陶瓷形成的压电悬臂梁弯曲发电供给各类电子器件所形成的电 子供电器件等。而压电悬臂梁结构作为一种最简单的压电发电结构，已经得到了广泛的研 究与应用，压电悬臂梁用于发电有两种工作状态，一种是工作在非共振频率下，由其受力产 生的变形引起压电陶瓷产生应力与应变结合压电效应形成发电能力，另外一种是工作在其 共振频率下，此时机械能转化为电能的效率大幅提高，但在一些特殊的场合下外界激励时 刻发生变化，不容易实现压电悬臂梁在共振状态下工作。而在做回转运动的装置上安装的 压电悬臂梁受力情况则比较特殊，可以通过特殊结构的设计使得压电悬臂梁的固有频率发 生改变，适应外界的回转运动，该类压电悬臂梁发电装置的效率有明显的提升空间。
【发明内容】
[0003] 为了解决目前安装在旋转机构上的压电悬臂梁发电装置固有频率恒定、无法在变 化的运动条件下保持悬臂梁系统处于共振状态，由此所引起的发电效率低下的问题，提出 了一种自适应压电发电悬臂梁结构，该压电悬臂梁由压电振子、自由端质量块和曲面固定 支撑端构成，所述自适应压电发电悬臂梁结构的曲面固定支撑端固定在做回转运动的机构 上，利用回转运动发电，在转动速度发生变化时，整体的刚度在曲面固定支撑端的作用下发 生改变，系统的共振频率随之变化使之具有更宽的共振频率范围，可提升压电发电效率。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0005] 本发明一种自适应压电发电悬臂梁，包括压电振子、自由端质量块、曲面固定支撑 端、安装垫片和螺栓，其中：
[0006] 压电振子一端布置有自由端质量块，另一端固定在曲面固定支撑端上，通过安装 垫片由螺栓固定；所述曲面固定支撑端具有振子安装面和与之相邻的变支撑曲面；所述振 子安装面和与之相邻的变支撑曲面共同垂直于与二者相邻的侧表面。
[0007] 所述压电振子可以采用由一片压电薄片材料粘贴在弹性基板上形成的单晶片压 电振子，也可以采用由两片压电薄片材料粘贴在弹性基板两侧形成的双晶片压电振子。
[0008] 使用时，将压电振子垂直布置在与回转运动径向垂直的方向上，同时将曲面固定 支撑端布置在远离回转中心一侧。工作时，随着回转运动速度的增加，外界激励频率上升， 同时在离心力的作用下压电振子发生弹性变形，与所述曲面固定支撑端上的变支撑曲面接 触，接触发生后压电振子的悬臂长度减小、刚度增加，系统的共振频率上升，由此实现了发 电机构的固有频率随着回转运动周期与频率的变化实现自适应调整的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1是本发明一种自适应压电发电悬臂梁结构示意图。
[0010] 图2是本发明各零件与安装关系的示意图。
【具体实施方式】
[0011] 参照图1和图2,本发明的自适应压电发电悬臂梁是由压电振子1、自由端质量块 2、曲面固定支撑端3、安装垫片4和螺栓5构成，其中 ：
[0012] 压电振子1 一端通过粘接方式与自由端质量块2相连，另一端固定在曲面固定支 撑端3上，通过安装垫片4由第一螺栓51和第二螺栓52固定；所述曲面固定支撑端3具有 振子安装面31和与之相邻的变支撑曲面32 ;所述振子安装面31和变支撑曲面32共同垂 直于与二者相邻的侧表面。
[0013] 所述压电振子1采用由一片压电薄片材料11粘贴在弹性基板12上形成的单晶片 压电振子。
[0014] 所述曲面固定支撑端3上布置有第一支撑螺纹安装孔33和第二支撑螺纹安装孔 34 ;所述压电振子1上布置有第一振子安装孔13和第二振子安装孔14 ;所述安装垫片4上 布置有第一垫片安装孔41和第二垫片安装孔42 ;所述第一螺栓51通过第一垫片安装孔41 和第一振子安装孔13后紧固在第一支撑螺纹安装孔33上，第二螺栓52以与第一螺栓51 同样的顺序紧固在第二支撑螺纹安装孔34上，完成自适应压电发电悬臂梁的结构装配。
[0015] 使用时，将压电振子1垂直布置在与回转运动径向垂直的方向上，同时将曲面固 定支撑端3布置在远离回转中心一侧。
【权利要求】
1. 一种自适应压电发电悬臂梁，包括：压电振子（1)、自由端质量块⑵、曲面固定支撑 端（3)、安装垫片（4)和螺栓（5)，其中：所述压电振子（1) 一端布置有自由端质量块（2)， 另一端固定在曲面固定支撑端（3)上，通过安装垫片（4)由螺栓（5)固定；所述曲面固定支 撑端（3)具有振子安装面（31)和与之相邻的变支撑曲面（32);所述振子安装面（31)和变 支撑曲面（32)共同垂直于与二者相邻的侧表面。
2. 根据权利要求1所述的自适应压电发电悬臂梁，其特征在于：所述压电振子（1)采 用由一片压电薄片材料（11)粘贴在弹性基板（12)上形成的单晶片压电振子，或采用压电 薄片材料（11)粘贴在弹性基板（12)两侧形成的双晶片压电振子。
【文档编号】H02N2/18GK104218848SQ201410530916
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年10月9日 优先权日:2014年10月9日
【发明者】吴越, 刘勇, 陈松, 杨志刚, 田晓超 申请人:吉林大学