一种拉压式振动俘能器

摘要

本发明涉及一种拉压式振动俘能器，属于新能源和发电技术领域。挂架上壁经螺钉固定在振动主体上，挂架上壁上固定有拉簧，拉簧套在挂架内腔中，拉簧下端固定在盖板上，盖板与挂架筒壁端面相接触；盖板经螺钉固定在壳体筒壁端部，惯性块套在壳体内腔中；两个在其圆弧段粘接有压电片的金属片经铆钉相互铆接后构成压电振子，压电振子与其两端所铆接的支座共同构成换能器；惯性块上下两侧分别通过螺钉与两换能器的支座相连接，惯性块上方的换能器的另一支座通过螺钉固定在盖板上，惯性块下方的换能器的另一支座通过螺钉固定在壳体底壁上。优点在于：可靠性高、适于低频及大振幅的振动环境，可实现纵向及任一水平方向的振动能量回收、有效频带宽。

主权项

一种拉压式振动俘能器，其特征在于：挂架上壁经螺钉固定在振动主体上，挂架上壁上固定有拉簧，拉簧套在挂架内腔中，拉簧下端固定在盖板上，盖板与挂架筒壁端面相接触；盖板经螺钉固定在壳体筒壁端部，惯性块套在壳体内腔中；两个在其圆弧段粘接有压电片的金属片经铆钉相互铆接后构成压电振子，压电振子与其两端所铆接的支座共同构成换能器；惯性块上下两侧分别通过螺钉与两换能器的支座相连接，惯性块上方的换能器的另一支座通过螺钉固定在盖板上，惯性块下方的换能器的另一支座通过螺钉固定在壳体底壁上；为使压电振子能最大限度地利用振动能量发电、并避免压电片因拉应力过大而损坏，俘能器的结构应满足下列条件：压电振子不受外力作用时金属片上圆弧外表面的最小半径为$R=h_0\{\alpha +\frac{1}{2[1-\alpha (1-\beta )]}[{\alpha }^2(1-\beta )-1-\eta \frac{E_p}{T_p}\left]\right\};$一个换能器上压电振子的圆弧段被拉直时另一个换能器上压电振子处于不受外力的自然状态，壳体内腔高度为$L=L_m+2L_h+n[2R\arcsin \left(\frac{l}{2R}\right)-l],$式中$\eta =(1-\alpha )[1-\alpha (1-\beta )]+\frac{\mathrm{\alpha \beta }}{(1+k_{31}^2)},$α＝h_m/h₀，h₀＝h_m+h_p，h_p和h_m分别为压电片和金属片厚度，β＝E_m/E_p，E_p和E_m分别为压电片和金属片的杨氏模量，和T_p分别为压电材料的机电耦合系数和许用拉应力，L_m为惯性块的高度，L_h为换能器高度，l为金属片上的圆弧弦长，n为单个压电振子上的圆弧数量。