【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新能源与定位跟踪，具体涉及一种大功率低频振动发电机，用于船舶及车辆运行引起的振动与颠簸能量收集，进而构造自供电的健康监测与定位跟踪系统。。
技术介绍
1、车辆与船舶等运载工具的结构健康监测与定位跟踪系统在现实生活中已得到广泛应用，为各类运载工具的行驶安全、事故救援以及失联后的搜救等提供了有力的保障。然而，现有的结构健康监测与定位跟踪系统均由发动机供电，发生事故时发动机及整个电力系统均处于失效状态，其监测、定位跟踪及求助系统等功能单元无法正常工作。另，现有的结构健康监测与定位跟踪系统都是外置的，运载工具被不法分子劫持后定位系统也容易被关闭或破坏，功能无法发挥。因此，为确保定位系统安全可靠地工作，人们早已着手研究基于压电原理的发电机，以便与状态监测及定位系统集成且被隐秘安装。然而，现有的各类发电方法依然面临较多的技术瓶颈，较普遍的共性问题有：①发电能力及单位体积能量密度较低，难以实现多压电振子的同步激励；②环境适应性差，尤其是对较低振动频率与较大振动强度等的适应能力差；③可靠性低，发电元件的振幅难以控制，压电陶瓷易因环境振动强度与振幅过大而损毁，不适于载运工具携带，等等。
技术实现思路
1、本专利技术的一种大功率低频振动发电机由机座、机壳、两个外板、至少两个隔板、至少一个内板、一组压电振子、两个气囊、摆板、销轴、左弹簧、右弹簧、调频块、电源罩及电源板构成；左弹簧和右弹簧为由拉簧和绳索串接而成的非线性弹簧，左弹簧由左拉簧和左绳索串接而成，右弹簧由右拉簧和右绳索串接而成；电源
2、换能器内部设有由压电振子隔开的左腔室和右腔室，左腔室和右腔室分别经管路与两个气囊连通；拾振器受环境振动激励时，摆板绕销轴往复摆动并挤压-释放两个气囊，两个气囊间的流体压力差交替增加和减小，压电振子受两侧流体压力差作用变形并发电。
3、机壳由壳顶和壳壁构成，壳顶上设有两个壳通孔和两个相互平行的定耳板，定耳板上设有定轴孔，定耳板位于壳顶的上方、即定耳板不在壳腔内部，两个定耳板上的定轴孔同轴，两个壳通孔分别位于定轴孔轴线的左右两侧；壳顶和壳壁围成端口朝下的壳腔，壳壁的端部设有连接法兰。
4、外板的外板体左右两端分别设有外板孔和外板槽，外板体的中部设有由振子腔和气腔构成的阶梯型的外板腔，振子腔套在气腔的外侧，外板槽与外板腔连通，外板孔与外板腔不连通。
5、隔板的隔板体左右两端分别设有隔板槽和隔板孔，隔板体的中部设有气腔，隔板槽与气腔连通，隔板孔与气腔不连通。
6、内板的内板体左右两端分别设有内板孔和内板槽，内板体的中部设有由两个振子腔和气腔构成的阶梯型的内板腔，两个振子腔对称配置在气腔的上下两侧，内板槽与内板腔连通，内板孔与内板腔不连通。
7、压电振子由基片与其两侧所粘接的压电片构成，压电片的平面尺寸远小于基片的平面尺寸，压电片以阵列的形式均布地粘接在基片的表面上，压电振子的表面设有绝缘保护层，绝缘保护层的材料为硅胶；基片同一侧的各个压电片经导线并联，基片两侧的压电片经不同的导线组与电源板相连，基片两侧的压电片经整流后并联。
8、气囊的囊壁外侧设有囊座板，囊壁上设有两个与囊腔连通的囊孔，气囊的材料为橡胶类弹性材料，囊壁及囊座板内部设有用于增加强度的网状编织层。
9、摆板的摆板体上设有两个平行的动耳板，动耳板上设有动轴孔，两个动耳板上的动轴孔同轴。
10、机壳安装在机座上，机壳的法兰经螺钉安装在机座上，机座将两个外板、至少两个隔板、至少一个内板和一组压电振子压接在机壳的壳腔内构成换能器，即机座、外板、隔板、内板、压电振子及机壳构成换能器；两个外板分别顶靠在机座和机壳顶上，外板经隔板顶靠在内板上，两个相邻的外板和隔板之间及两个相邻的隔板与内板之间均压接有压电振子；压电振子边缘镶嵌在外板或内板的振子腔中；压电振子将隔板的气腔封闭成左腔室，各个左腔室相互连通，各个左腔室经隔板槽、外板孔及内板孔相互连通；压电振子将外板和内板的气腔封闭成右腔室，各个右腔室相互连通，各个右腔室经隔板孔、外板槽及内板槽相互连通；左腔室和右腔室分别与机壳上的两个壳通孔连通。
11、摆板经销轴安装在机壳上，摆板上的动耳板经销轴安装在机壳的定耳板上，动耳板和定耳板分别经动轴孔和定轴孔安装在销轴上，摆板绕销轴相对机壳往复摆动；摆板的左右两端分别经左弹簧和右弹簧与壳顶相连，摆板的两端与壳顶之间均设有气囊，气囊分别位于销轴的左右两侧，左右两侧的气囊分别经管路与左腔室和右腔室连通；气囊固定在壳顶或摆板上，气囊的囊座板经螺钉安装在壳顶的上侧或摆板的摆板体下侧。
12、绳索固定在机壳上，拉簧固定在摆板上，右绳索的安装位置及右拉簧的拉伸长度可调；左弹簧和右弹簧中，左绳索和右绳索固定在机壳上，左拉簧和右拉簧固定在摆板上；工作中左拉簧、左绳索、右拉簧的安装位置固定不动，右绳索的安装位置可调，右弹簧与机壳顶之间的牵引角及右拉簧的拉伸长度可调，目的是：获得所需的拾振器固有频率和摆板的初始状态，避免左拉簧和右拉簧阻碍摆板向使所述两个拉簧受压方向运动、增加摆板的摆动振幅。
13、摆板上安装有调频块，调频块经螺钉安装在摆板的右端。
14、左右两侧的气囊间经一个内开关阀和两个方向相反的导流阀连接，内开关阀及各导流阀并联，导流阀为单向阀或溢流阀相连；导流阀的功能是实现两个气囊间流体的相互流动，即当两个气囊内流体压力差大于设定值时导流阀开启，流体经导流阀由高压气囊流向另低压气囊；内开关阀的功能是实现非工作状态下两个气囊内流体压力的平衡；气囊还经管路与外开关阀连通，外开关阀的功能是给气囊输入流体。
15、工作前，开启内开关阀和外开关阀并向气囊充气，调节调频块的位置、右弹簧的牵引角及右拉簧的拉伸量获得所需的摆板的初始状态及系统固有频率，摆板的初始状态为水平或非水平状态；充气后关闭内开关阀和外开关阀，左腔室和右腔室内的流体压力相等，压电振子两侧所受流体压力相等并处于平直的自然状态、不发生弯曲变形。
16、工作中，振动发电机置于运动的运载工具上，摆板在车船颠簸、左弹簧、右弹簧、气囊及调频块的共同作用下产生往复摆动，摆板交替地挤压-释放两个气囊，从而使左腔室和右腔室内的流体压力交替地增加和减小，即压电振子两侧的流体压力交替地增加和减小，压电振子在流体压力作用下往复弯曲变形并将机械能转换成电能，所生成电能经导线传输给电源板，电能经转换处理后存储或输出给状态监测与定位跟踪单元及信息发射单元，信息发射单元将信息发射出去。
17、发电机的具体发电过程如下：调频块向下运动时，左弹簧伸长、右弹簧缩短、右侧气囊和右腔室容积减小、左侧气囊和左腔室容积增加，左腔室和右腔室内的流体压力分别减小和增加，图1中自上而下的第一和第本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大功率低频振动发电机，由机座、机壳、外板、隔板、内板及压电振子、气囊、摆板、销轴、左弹簧、右弹簧及调频块构成；机壳装在机座上，机座将外板、隔板、内板和压电振子压接在机壳内构成换能器；其特征在于：两个外板分别顶靠在机座和机壳顶上，外板经隔板顶靠在内板上，相邻的外板和隔板之间及隔板与内板之间均压接有压电振子，压电振子将隔板的气腔封闭成左腔室、将外板和内板的气腔封闭成右腔室；各左腔室经隔板槽、外板孔及内板孔相连通；各右腔室经隔板孔、外板槽及内板槽相连通；摆板上的动耳板经销轴装在机壳的定耳板上，摆板左右两端分别经左弹簧和右弹簧与壳顶相连，摆板的两端与壳顶之间均设有气囊，左右两侧的气囊分别与左腔室和右腔室连通；摆板右端装有可移动的调频块；左右两侧的气囊间经一个内开关阀和两个方向相反的导流阀连接，内开关阀及各导流阀并联；当两个气囊内流体压力差大于设定值时导流阀开启，流体经导流阀由高压气囊流向另低压气囊；非工作时两个气囊内流体压力的平衡；通过改变右弹簧的牵引角与拉伸量、调频块的位置及气囊的背压获得所需的摆板初始状态系统固有频率；工作中，摆板往复摆动并交替地挤压-释放两个气囊，压电振子在
2.根据权利要求1所述的一种大功率低频振动发电机，其特征在于：压电振子由基片与其两侧所粘接的压电片构成，压电片以阵列的形式均布地粘接在基片的表面上，基片同一侧的压电片经导线并联，基片两侧的压电片经整流后并联。
3.根据权利要求1所述的一种大功率低频振动发电机，其特征在于：左弹簧和右弹簧为由拉簧和绳索串接而成的非线性弹簧，绳索固定在机壳上，拉簧固定在摆板上，右绳索的安装位置及右拉簧的拉伸长度可调。
...【技术特征摘要】
1.一种大功率低频振动发电机，由机座、机壳、外板、隔板、内板及压电振子、气囊、摆板、销轴、左弹簧、右弹簧及调频块构成；机壳装在机座上，机座将外板、隔板、内板和压电振子压接在机壳内构成换能器；其特征在于：两个外板分别顶靠在机座和机壳顶上，外板经隔板顶靠在内板上，相邻的外板和隔板之间及隔板与内板之间均压接有压电振子，压电振子将隔板的气腔封闭成左腔室、将外板和内板的气腔封闭成右腔室；各左腔室经隔板槽、外板孔及内板孔相连通；各右腔室经隔板孔、外板槽及内板槽相连通；摆板上的动耳板经销轴装在机壳的定耳板上，摆板左右两端分别经左弹簧和右弹簧与壳顶相连，摆板的两端与壳顶之间均设有气囊，左右两侧的气囊分别与左腔室和右腔室连通；摆板右端装有可移动的调频块；左右两侧的气囊间经一个内开关阀和两个方向相反的导流阀连接，内开关阀及各导流阀并联；当两...
【专利技术属性】
技术研发人员：阚君武，杨柯忆，张金波，罗凌琪，孙超，孟凡许，张忠华，王淑云，程光明，曾平，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：
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