阅读说明：本技术 一种基于pzt悬臂梁的旋转能量采集器 (Rotary energy collector based on PZT cantilever beam ) 是由 李以贵 董璇 张成功 王保志 于 2020-05-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于PZT悬臂梁的旋转能量采集器,包括环形绝缘件、固定于环形绝缘件内侧的弹性挡片、设于所述环形绝缘件内部的转轴以及固定于所述转轴端部的若干个PZT悬臂梁；所述环形绝缘件和转轴进行相对旋转并使弹性挡片和PZT悬臂梁碰撞,所述转轴的材质为导电材质。与现有技术相比,本发明具有结构简单、容易实施、能量收集利用率高等优点。(The invention relates to a rotary energy collector based on PZT cantilever beams, which comprises an annular insulating part, an elastic baffle fixed on the inner side of the annular insulating part, a rotating shaft arranged in the annular insulating part and a plurality of PZT cantilever beams fixed at the end part of the rotating shaft, wherein the elastic baffle is arranged on the inner side of the annular insulating part; the annular insulating part and the rotating shaft rotate relatively to each other and enable the elastic blocking piece to collide with the PZT cantilever beam, and the rotating shaft is made of a conductive material. Compared with the prior art, the invention has the advantages of simple structure, easy implementation, high energy collection and utilization rate and the like.)

一种基于PZT悬臂梁的旋转能量采集器

技术领域

本发明涉及一种PZT压电陶瓷材料，尤其是涉及一种基于PZT悬臂梁的旋转能量采集器。

背景技术

生产生活中存在很多通过器件旋转来达到所需目的的方式，器件旋转除了达到本身所需目的，还会产生能量。目前，由于没有专门收集这类能量的方法，只能将这些旋转中产生的能量白白浪费。PZT压电陶瓷基于其压电效应的原理，可以将机械能转化为电能，从而实现二次利用或者将能量收集储存。压电效应为：当晶体受到某固定方向外力的作用时，内部就产生电极化现象，同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。目前一些设备上安装有很多用电器件，需要为这些用电器件提供电源，单独提供电源造成设备上部件较多。

中国专利CN 102723894 A公布了一种旋转压电发电装置，包括旋转轴、前激励轮、后激励轮、压电双晶梁阵列，压电双晶梁阵列置于前激励轮和后激励轮之间；前激励轮和后激励轮均包括轮盘以及激励永磁铁块，且前激励轮的激励永磁铁块与后激励轮的激励永磁铁块在空间上交错设置；压电双晶梁阵列包括轮毂以及压电双晶梁，每一个压电双晶梁均包括悬臂梁，悬臂梁的梁体上分别安装压电陶瓷片以及压电梁永磁铁块，该压电梁永磁铁块能够分别与前激励轮、后激励轮的激励永磁铁块之间形成永磁排斥力。因此，本发明在旋转轴的旋转带动下，两个激励轮交替地对压电双晶梁阵列的压电双晶梁产生斥力，使其产生较高频率且较大的强迫变形，从而更加有效地利用到了转轴的转动能量。该专利技术利用非接触永磁力传递作用力，避免了机械冲击导致能量损失和寿命降低缺陷，但是也存在结构复杂，制作相对困难的缺点，由于其利用非接触永磁力传递作用力，如果供能场景下有器件对磁场敏感则有可能对器件造成干扰，导致其应用范围受到限制。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的旋转式能量收集器结构复杂、接触方式传递能量能量损失大的缺陷而提供一种基于PZT悬臂梁的旋转能量采集器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于PZT悬臂梁的旋转能量采集器，包括环形绝缘件、固定于环形绝缘件内侧的弹性挡片、设于所述环形绝缘件内部的转轴以及固定于所述转轴端部的若干个PZT悬臂梁；所述环形绝缘件和转轴进行相对旋转并使弹性挡片和PZT悬臂梁碰撞，所述转轴的材质为导电材质。

进一步地，所述环形绝缘件内侧设有插槽，所述弹性挡片的端部与所述插槽卡接。

进一步地，所述弹性挡片的端部通过胶水固定于所述环形绝缘件内侧。

进一步地，所述环形绝缘件内侧均匀安装有若干个弹性挡片。

进一步地，所述弹性挡片为弧形片状结构。

进一步地，所述环形绝缘件和转轴相对旋转时，所述PZT悬臂梁与所述弹性挡片的外圆弧面发生碰撞。

进一步地，所述转轴的端部均匀安装有若干个PZT悬臂梁。

进一步地，所述转轴上设有插槽，所述PZT悬臂梁与所述插槽卡接。

进一步地，所述转轴上固定有用于夹持所述PZT悬臂梁的夹具。

进一步地，所述弹性挡片为弹性塑料薄片，所述环形绝缘件的材质为聚乙烯板。

本申请的应用场景包括：

(1)将环形绝缘件固定令中心的转轴旋转，令PZT悬臂梁通过旋转主动击打弹性塑料片获得形变，通过其压电效应获得能量；例如收集风能时，可以在中心转轴延伸段上固定风杯，利用风速推动中心轴转动，此时利用电刷与可以导电的中心转轴连接，将获得的能量传导出去。

(2)若收集自身旋转的物体产生的能量时，将中心轴固定不动，将环形绝缘材料固定到例如自行车车轮中心轴***，通过转动环形绝缘材料令弹性塑料片去击打PZT悬臂梁获得能量。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(2)本发明利用旋转能量采集器，采集到了物体转动时发出的本会浪费的能量，通过能量采集器采集到的能量可以直接为自身一些传感器供电，避免了为这些传感器再多布置电源，并且能量采集器不需要开关，物体运作起来即视为开始工作，同时为需要工作的传感器等供电。

(2)与现有的接触式传递能量的风能吸收相比，本申请通过选择具有弹性的挡片结构，从而使PZT悬臂梁与挡片之间的硬性接触变为弹性接触，所以大大降低了机械能损失，也不会对PZT悬臂梁产生损害；同时将挡片的材质选为弹性塑料薄片，例如PE薄片，将弹性挡片设为圆弧结构，PZT悬臂梁与弹性挡片撞击时，从弹性挡片的圆弧外侧拂过，从而进一步降低了撞击过程中的能量损失；由于弹性挡片的圆弧外侧拂过PZT悬臂梁，对正在震动的悬臂梁的阻碍小于硬性接触的停止效果，减小了机械能损耗以及对悬臂梁和弹性挡片的损耗。

(3)与现有的磁力进行接触式冲击PZT悬臂梁相比，本申请的结构简单，容易实施。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图中，1为转轴，11为中心轴延长段，12为铜制中心轴，3为PZT悬臂梁，4为环形绝缘件，5为弹性挡片。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例

一种基于PZT悬臂梁的旋转能量采集器，该能量采集器用于采集自行车运动中的能量，为速度传感器、加速度传感器等供能。

如图1所示，包括环形绝缘件4、固定于环形绝缘件4内侧的弹性挡片5、设于所述环形绝缘件4内部的转轴1以及固定于所述转轴1端部的4个PZT悬臂梁3；转轴1为导电材质，从形状结构上分为两段，即中心轴延长段11和铜制中心轴12；PZT悬臂梁3为双面铜基板PZT悬臂梁，其中铜基板厚度为0.21mm，长度为77.43mm，宽度为33mm；中间的PZT片材厚度为0.625mm，长度62.50mm，宽度为31.8mm，压电常数[10^-12(C/N)]D₃₁为-186，D₃₃为670，D₁₅为660；所述弹性挡片5为弹性塑料薄片，所述环形绝缘件的材质为聚乙烯板。安装时，将4个PZT悬臂梁通过插槽安装到铜制中心轴12上，并且使PZT悬臂梁与铜制中心轴12的切面垂直，将弹性挡片5通过插槽安装于环形绝缘件4的内侧壁上。使用时，将中心轴延长段11固定在自行车车轮中心轴上，将环形绝缘件4固定在自行车车轮辐条上，当自行车车开始行驶时，辐条带动环形绝缘件4转动，令弹性挡片5击打PZT悬臂梁3，令其发生形变产生能量。显然这4个PZT悬臂梁3的连接方式为并联，根据例子所用双面铜基板PZT悬臂梁的参数，理论最大输出电压为15V，最大输出电流为40mA，可以为一些传感器供电，例如自行车运动中可以用到的速度传感器、加速度传感器等。

实施例2

一种基于PZT悬臂梁的旋转能量采集器，该能量采集器用于采集风能实现能量利用。

如图1所示，包括环形绝缘件4、固定于环形绝缘件4内侧的弹性挡片5、设于所述环形绝缘件4内部的转轴1以及固定于所述转轴1端部的4个PZT悬臂梁3；转轴1为导电材质，从形状结构上分为两段，即中心轴延长段11和铜制中心轴12；PZT悬臂梁3为双面铜基板PZT悬臂梁，其中铜基板厚度为0.21mm，长度为77.43mm，宽度为33mm；中间的PZT片材厚度为0.625mm，长度62.50mm，宽度为31.8mm，压电常数[10^-12(C/N)]D₃₁为-186，D₃₃为670，D₁₅为660；所述弹性挡片5为弹性塑料薄片，所述环形绝缘件的材质为聚乙烯板。安装时，将4个PZT悬臂梁通过强力胶水安装到铜制中心轴12上，并且使PZT悬臂梁与铜制中心轴12的切面垂直，将弹性挡片5通过强力胶水安装于环形绝缘件4的内侧壁上。使用时，将在中心轴延长段11上固定若干个风杯，在风的作用下，风杯带动转轴1旋转，并将环形绝缘件4固定，转轴1带动PZT悬臂梁3击打弹性挡片5，此时利用电刷与中心轴连接，将获得的能量传导出去。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。