一种基于正弦形滚道的旋转运动压电俘能器

技术领域

本发明属于压电能量俘获技术领域，具体涉及一种基于正弦形滚道的旋转运动压电俘能器。

背景技术

随着现代科学技术的发展，大量无线传感器等低功耗元器件被投入使用，致使为无线传感器等低功耗元器件供能技术得到了快速发展。无线传感器等低功耗元器件传统供能方式以干电池为主，但是传统干电池存在需频繁更换、污染环境等问题，因此无线传感器等低功耗元器件新型供能技术受到越来越多的关注，压电俘能技术就是其中的一种，其利用压电陶瓷片的正压电效应将环境中的旋转运动机械能转换成电能，进而为无线传感器等低功耗元器件供电，具有环境零污染、不受电磁干扰、结构灵活多样等突出优势，近年来得到了国内外学者的广泛研究。现有压电俘能器以电磁电机作为旋转运动输入，通常由旋转动子直接拍打悬臂梁式压电陶瓷片产生变形实现能量俘获，这种转子直接拍打压电陶瓷片的俘能方式经过长时间工作后，对压电陶瓷片会产生一定破坏作用，导致压电俘能器发生破坏，降低俘能器的电压输出特性，减小使用寿命。

发明内容

为了解决现有压电俘能器通过转子直接拍打压电陶瓷片实现俘能所带来的输出电压下降、使用寿命受限等问题，本发明提供一种基于正弦形滚道的旋转运动压电俘能器。

本发明所采用的技术方案如下。

一种基于正弦形滚道的旋转运动压电俘能器，包括运动输入组件、俘能组件和T形固定座；

所述的运动输入组件包括电机连接轴、滚道架、左保持架和右保持架，所述的电机连接轴用于连接电机以实现转动，电机连接轴通过滚道架固定正弦滚道，所述的正弦滚道由左保持架和右保持架拼合组成，且正弦轨道用于俘能组件的运动；

所述的俘能组件包括滚动轴承、连杆、夹块、基板和安装座，滚动轴承通过连杆固定在安装座上，且滚动轴承设置在左保持架和右保持架之间正弦形滚道内，所述的基板上设置有压电陶瓷片，安装座与T型固定座连接；

滚动轴承在正弦形滚道内的往复摆动转换为基板及压电陶瓷片的弯曲变形，所述旋转运动压电俘能器通过压电陶瓷片产生电压实现能量俘获。

进一步的，滚道架由三个杆件交汇于一体构成，三个杆件上均设置有通孔。左保持架和右保持架均为圆环形，其上均设置3个通孔，其中左保持架的右侧设置有正弦形结构，右保持架的左侧设置有正弦形结构，螺栓穿过通孔将滚道架、左保持架和右保持架依次夹紧连接，左保持架和右保持架之间形成正弦形滚道。

进一步的，所述的俘能组件中，连杆的一端与滚动轴承的内圈过盈连接，另一端与夹块相连，夹块上设置有2个通孔，用于穿过螺栓实现基板一端的夹紧安装，安装座一端设置有安装槽，基板的另一端插入安装座的安装槽中，安装座另一端设置有通孔。

进一步的，所述的T形固定座的顶部侧面设置有通孔，穿过螺栓实现安装座的紧固连接，T形固定座底部设置有通孔，用于实现整体固定安装。

更进一步的，所述的基板沿安装座的周向布置。所述的基板上下表面均设置有压电陶瓷片。

有益效果：与现有技术相比，本发明所述的基于正弦形滚道的旋转运动压电俘能器与现有压电俘能器不同，其通过正弦形滚道旋转致使滚动轴承做往复摆动，滚动轴承通过连杆与压电陶瓷片所在的基板相连，这样滚动轴承在正弦形滚道内的往复摆动即可转换为基板及压电陶瓷片的弯曲变形，压电陶瓷片产生电压实现能量俘获。与现有压电俘能器相比，本发明通过旋转转子的间接接触使得压电陶瓷片产生变形，而非直接拍打压电陶瓷片，这样有效保护了压电陶瓷片不受破坏，进而使得压电俘能器的电压输出特性稳定，且具有长使用寿命的优势。

附图说明

图1是本发明所述基于正弦形滚道的旋转运动压电俘能器侧视图；

图2是本发明所述基于正弦形滚道的旋转运动压电俘能器轴测图；

图3是本发明所述基于正弦形滚道的旋转运动压电俘能器中运动输入组件结构图；

图4是本发明所述基于正弦形滚道的旋转运动压电俘能器中俘能组件与T形固定座连接结构图。

具体实施方式

结合说明书附图1、图2、图3和图4对本实施方式作进一步详细的说明。本实施方式提供了一种基于正弦形滚道的旋转运动压电俘能器的具体实施方案，具体包括运动输入组件1、俘能组件2和T形固定座3；所述的运动输入组件1包括电机连接轴101、滚道架102、左保持架103和右保持架104，电机连接轴101一端与滚道架102相连，滚道架102由三个杆件交汇于一体构成，三个杆件上均设置有通孔，左保持架103和右保持架104均为圆环形，其上均设置3个通孔，其中左保持架103的右侧设置有正弦形结构，右保持架104的左侧设置有正弦形结构，螺栓4穿过通孔将滚道架102、左保持架103和右保持架104依次夹紧连接，连接之后左保持架103和右保持架104之间形成正弦形滚道，电机连接轴101的另一端与电磁电机连接实现旋转运动的输入。

所述的俘能组件2包括滚动轴承201、连杆202、夹块203、基板204和安装座205，滚动轴承201设置在左保持架103和右保持架103之间的正弦形滚道内，连杆202的一端与滚动轴承201的内圈过盈连接，另一端与夹块203相连，夹块203上设置有2个通孔，用于穿过螺栓实现基板204一端的夹紧安装，基板204沿安装座205的周向布置(本实施方式沿安装座205的周向设置3个基板204)，为增加发电量，基板204的上下表面均设置有压电陶瓷片，安装座205一端设置有安装槽，基板204的另一端插入安装座205的安装槽中，安装座205另一端设置有通孔；所述的T形固定座3的顶部侧面设置有通孔，穿过螺栓4实现安装座205的紧固连接，T形固定座3底部设置有通孔，用于实现整体固定安装。

压电俘能器利用压电陶瓷片的正压电效应实现能量俘获，当有外界力/变形作用于压电陶瓷片上时产生变形，基于正压电效应压电陶瓷片会产生电压。可见，压电俘能器的关键在于如何使压电陶瓷片产生变形。本发明将电磁电机的旋转运动通过运动输入组件1传递进来，使得左保持架103和右保持架104共同转动，左保持架103和右保持架104之间形成正弦形滚道，使得滚动轴承201做左右往复摆动，进而与连杆202和夹块203一起带动基板204及其上的压电陶瓷片发生变形产生电压输出，以此实现旋转运动的能量俘获。