阅读说明：本技术 一种悬臂梁振子固有频率可调的压电发电结构 (Cantilever beam oscillator natural frequency adjustable piezoelectricity power generation structure ) 是由 卢宁宁 郭秋泉 赵呈春 于 2020-05-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种悬臂梁振子固有频率可调的压电发电结构,安装在振源上,包括加持基座、压电振子、L型滑轨、质量滑块和位置调节机构,所述加持基座安装在振源上,压电振子的一端固定在加持基座上构成悬臂梁,所述L型滑轨固定在压电振子的另一端；所述质量滑块滑动设置在L型滑轨上,所述位置调节结构的一端和质量滑块相连,另一端和所述L型滑轨相连,通过位置调节结构调节质量滑块在L型滑轨上的位置。传统方式的振子具有固定的固有频率,对于振动环境复杂、应用场合多变的工况,其通用性差,发电效率低,如需提升发电效果还需针对专门环境设计定制的振子方案以适应所使用的激励频率。(The invention discloses a piezoelectric power generation structure with adjustable natural frequency of a cantilever beam vibrator, which is arranged on a vibration source and comprises a holding base, the piezoelectric vibrator, an L-shaped sliding rail, a mass sliding block and a position adjusting mechanism, wherein the holding base is arranged on the vibration source, one end of the piezoelectric vibrator is fixed on the holding base to form a cantilever beam, and the L-shaped sliding rail is fixed at the other end of the piezoelectric vibrator; the quality slider slides and sets up on L type slide rail, the one end and the quality slider of position control structure link to each other, the other end with L type slide rail links to each other, adjusts the position of quality slider on L type slide rail through the position control structure. The vibrator of traditional mode has fixed natural frequency, and to the operating mode that the vibration environment is complicated, the application scenario is changeable, its commonality is poor, and the generating efficiency is low, if need promote the generating effect still need be directed against the excitation frequency that special environment design customization still need be in order to adapt to.)

一种悬臂梁振子固有频率可调的压电发电结构

技术领域

本发明涉及一种悬臂梁振子固有频率可调的压电发电结构，属于压电发电技术领域。

背景技术

在现今IoT(物联网)技术强势崛起的时代，涉及的相关智能产品备受人们关注，各类无线传感网络、智能IC模块、远程控制系统等微功耗装置也已广泛应用于各个领域，而供电是制约其发展的瓶颈之一。传统的无线传感器电源主要采用的是电池，但由于电池的寿命有限，需要定期更换和维护才能保证无线传感系统的正常工作，如此一来工作量大，成本高；另外在很多应用场合，无线传感器的节点常被安装在有毒、辐射等恶劣环境中，对电池性能要求苛刻，且电池的更换也极其方便甚至无法实现。于是，研究一种有效的长寿命电源供给方法并将其应用到微功耗设备，显得尤为必要。

对比现有专利技术可发现：专利201320797303.1使用的是可通过旋转调节位移的质量圆盘，但其螺旋杆为圆柱状，不变贴装压电陶瓷片。专利201420210015.6研究了一种自适应共振频率调节装置，然其需要有外接电源供电驱动电机模组工作，且整机构过于庞大，可调节的最低固有频率非常高，故不具备从环境中通过共振吸收能量的条件。专利201310686868.7设计了一种宽频压电振动能量收集装置，所设计结构是通过在圆盘基座内均匀布置一系列固有频率均不相同的某一带宽频率内的压电振子组，企图通过外界振动驱使某一频率相近的振子发生共振，显然是浪费资源效率低下的设计。专利201710388543.9所设计的悬臂梁振子振动频率调节装置是通过改变振子夹持长度实现自身固有频率的改变，缺点在于振子之外的附加装置过于庞大，亦即此装置放在振动环境中会做很多的无用功，且一定程度上会削弱外界振动。

基于以上技术问题，实现根据外部激励频率调节振子自身频率从而达到最佳发电效果成为了亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种悬臂梁振子固有频率可调的压电发电结构，可以根据外部激励频率调节振子自身频率，实现机构共振，从而达到最佳发电效果的目的。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种悬臂梁振子固有频率可调的压电发电结构，安装在振源上，包括加持基座、压电振子、L型滑轨、质量滑块和位置调节机构，所述加持基座安装在振源上，压电振子的一端固定在加持基座上构成悬臂梁，所述L型滑轨固定在压电振子的另一端；所述质量滑块滑动设置在L型滑轨上，所述位置调节结构的一端和质量滑块相连，另一端和所述L型滑轨相连，通过位置调节结构调节质量滑块在L型滑轨上的位置。压电振子可以单面贴装压电陶瓷片，也可双面贴；且自由末端可以留出一定基板余量用于L型滑轨的粘接，也可完全被压电陶瓷片完全覆盖，将L型滑轨粘接在PZT上。

前述的一种悬臂梁振子固有频率可调的压电发电结构中，所述L型滑轨包括支撑段和滑轨段，支撑段固定在压电振子上，滑轨段和支撑段相连，滑轨段和压电振子平行，滑轨段位于支撑段靠近加持基座的一侧。

前述的一种悬臂梁振子固有频率可调的压电发电结构中，所述质量滑块上具有滑槽，质量滑块通过滑槽设置在滑轨段上，所述质量滑块位于滑轨段和压电振子之间。质量滑块重量远大于L型滑轨重量，且所述质量滑块保证在静止或是振动过程中都不与压电振子上表面发生接触。

前述的一种悬臂梁振子固有频率可调的压电发电结构中，所述位置调节机构包括螺杆，所述质量滑块上具有第一螺纹孔，所述支撑段上具有孔位，所述螺杆的一端位于所述第一螺纹孔内，所述螺杆的另一端设有调节旋扭，所述螺杆穿过所述孔位。

前述的一种悬臂梁振子固有频率可调的压电发电结构中，所述孔位内安装有轴承，所述螺杆穿过所述轴承。

前述的一种悬臂梁振子固有频率可调的压电发电结构中，所述支撑段上具有第二螺纹孔，第二螺纹孔内具有限位螺钉，限位螺钉抵触所述质量滑块。限位螺钉同时还具备锁紧质量滑块的功能，防止在振动过程中发生左右滑移的现象。

前述的一种悬臂梁振子固有频率可调的压电发电结构中，所述质量滑块上的滑槽处设有限位槽，所述限位槽位于质量滑块上和所述限位螺钉对应的位置。

前述的一种悬臂梁振子固有频率可调的压电发电结构中，所述滑轨段上远离所述压电振子的侧面具有刻度区。刻度反应了振子的固有频率，通过调节旋钮实现不同位置的固有频率。质量滑块向左滑动的终止位置靠其所开设的限位槽和安装于L型滑轨上的限位螺钉限制，向右滑动的终止位置为L型滑轨的竖直内表面。

与现有技术相比，本发明可以根据外部激励频率调节振子自身频率，实现机构共振，从而达到最佳发电效果的目的。传统方式的振子具有固定的固有频率，对于振动环境复杂、应用场合多变的工况，其通用性差，发电效率低，如需提升发电效果还需针对专门环境设计定制的振子方案以适应所使用的激励频率。而本装置具有调节悬臂梁振子自身固有频率的功能，所设计的机构能在较宽的频率范围内自由调节，满足不同激励环境使用，且结构简单，体积小，便于加工生产。质量滑块越靠近调节旋扭方向固有频率越高，主要是因为L型滑轨形变恢复力固定，质量滑块越靠近调节旋扭方向悬臂梁的中心也向这个方向移动，所以重力的力矩也越小，导致固有频率越高。

附图说明

图1是本发明的一种实施例的结构示意图；

图2是质量滑块结构示意图；

图3是L型滑轨结构示意图。

附图标记：1-夹持基座，2-质量滑块，3-限位螺钉，4-L型滑轨，5-调节旋钮，6-轴承，7-螺杆，8-压电振子；201-第一螺纹孔，202-限位槽，203-滑槽；401-第二螺纹孔，402-固有频率标识刻度区，403-孔位，404-滑轨段，405-支撑段。

下面结合附图和

具体实施方式

对本发明作进一步的说明。

具体实施方式

本发明的实施例1：一种悬臂梁振子固有频率可调的压电发电结构，安装在振源上，包括夹持基座1、压电振子8、L型滑轨4、质量滑块2和位置调节机构，所述夹持基座1安装在振源上，压电振子8的一端固定在夹持基座1上构成悬臂梁，所述L型滑轨4固定在压电振子8的另一端；所述质量滑块2滑动设置在L型滑轨4上，所述位置调节结构的一端和质量滑块2相连，另一端和所述L型滑轨4相连，通过位置调节结构调节质量滑块2在L型滑轨4上的位置。

所述L型滑轨4包括支撑段405和滑轨段404，支撑段405固定在压电振子8上，滑轨段404和支撑段405相连，滑轨段404和压电振子8平行，滑轨段404位于支撑段405靠近夹持基座1的一侧。所述质量滑块2上具有滑槽203，质量滑块2通过滑槽203设置在滑轨段404上，所述质量滑块2位于滑轨段404和压电振子8之间。所述滑轨段404上远离所述压电振子8的侧面具有固有频率标识刻度区402。

实施例2：一种悬臂梁振子固有频率可调的压电发电结构，安装在振源上，包括夹持基座1、压电振子8、L型滑轨4、质量滑块2和位置调节机构，所述夹持基座1安装在振源上，压电振子8的一端固定在夹持基座1上构成悬臂梁，所述L型滑轨4固定在压电振子8的另一端；所述质量滑块2滑动设置在L型滑轨4上，所述位置调节结构的一端和质量滑块2相连，另一端和所述L型滑轨4相连，通过位置调节结构调节质量滑块2在L型滑轨4上的位置。

所述L型滑轨4包括支撑段405和滑轨段404，支撑段405固定在压电振子8上，滑轨段404和支撑段405相连，滑轨段404和压电振子8平行，滑轨段404位于支撑段405靠近夹持基座1的一侧。所述质量滑块2上具有滑槽203，质量滑块2通过滑槽203设置在滑轨段404上，所述质量滑块2位于滑轨段404和压电振子8之间。所述滑轨段404上远离所述压电振子8的侧面具有固有频率标识刻度区402。

所述位置调节机构包括螺杆7，所述质量滑块2上具有第一螺纹孔201，所述支撑段405上具有孔位403，所述螺杆7的一端位于所述第一螺纹孔201内，所述螺杆7的另一端设有调节旋钮5，所述螺杆7穿过所述孔位403。所述孔位403内安装有轴承6，所述螺杆7穿过所述轴承6。

实施例3：一种悬臂梁振子固有频率可调的压电发电结构，安装在振源上，包括夹持基座1、压电振子8、L型滑轨4、质量滑块2和位置调节机构，所述夹持基座1安装在振源上，压电振子8的一端固定在夹持基座1上构成悬臂梁，所述L型滑轨4固定在压电振子8的另一端；所述质量滑块2滑动设置在L型滑轨4上，所述位置调节结构的一端和质量滑块2相连，另一端和所述L型滑轨4相连，通过位置调节结构调节质量滑块2在L型滑轨4上的位置。

所述L型滑轨4包括支撑段405和滑轨段404，支撑段405固定在压电振子8上，滑轨段404和支撑段405相连，滑轨段404和压电振子8平行，滑轨段404位于支撑段405靠近夹持基座1的一侧。所述质量滑块2上具有滑槽203，质量滑块2通过滑槽203设置在滑轨段404上，所述质量滑块2位于滑轨段404和压电振子8之间。所述滑轨段404上远离所述压电振子8的侧面具有固有频率标识刻度区402。

所述位置调节机构包括螺杆7，所述质量滑块2上具有第一螺纹孔201，所述支撑段405上具有孔位403，所述螺杆7的一端位于所述第一螺纹孔201内，所述螺杆7的另一端设有调节旋钮5，所述螺杆7穿过所述孔位403。所述孔位403内安装有轴承6，所述螺杆7穿过所述轴承6。

所述支撑段405上具有第二螺纹孔401，第二螺纹孔401内具有限位螺钉3，限位螺钉3抵触所述质量滑块2。所述质量滑块2上的滑槽203处设有限位槽202，所述限位槽202位于质量滑块2上和所述限位螺钉3对应的位置。

本发明的一种实施例的工作原理：夹持基座1起到固定的作用，将压电发电结构整体固定于外界振源上，获得一定频率的外部激励，此时根据外部激励频率调节机构自身的固有频率，采用下述方法：当振动频率大于机构此时的固有频率时，为发生共振需增大机构固有频率，故而调节旋钮5带动螺杆7驱动质量滑块2左移至滑轨上固有频率标识刻度402上的某一位置；当振动频率小于机构此时的固有频率时，为发生共振需减小机构固有频率，故而调节旋钮5带动螺杆7驱动质量滑块2右移至滑轨上固有频率标识刻度402上的某一位置。完成质量滑块2位置的调节，再将安装于L型滑轨4上表面限位孔401的限位螺钉3锁紧，防止在使用过程中滑块发生滑移。至此，整机构的固有频率与环境振动的激励频率相适应，共振时更大的振幅将使压电陶瓷产生更多的电荷。