壓電能量收集器的制作圖解

第1步：確定單元的大小。

在CAD程序中起草時(shí)，請(qǐng)確保知道將要使用的壓電磁盤(pán)的大小。使用?？紤]彈簧的放置和彈簧的尺寸。該單元中使用的彈簧直徑約為1.5厘米。從磁盤(pán)放置，彈簧放置到引導(dǎo)螺栓的放置以及連接螺栓的放置，設(shè)計(jì)的各個(gè)方面都應(yīng)事先考慮。還要考慮電匯管理。電線可以放在磁盤(pán)旁邊，但看起來(lái)并不整潔。組裝單元時(shí)，以數(shù)字方式查看所有這些內(nèi)容將很有幫助。

步驟2：草擬塞子，支架和沖擊桿。

這些將需要在3D程序（例如AutoCAD或同等程序）中創(chuàng)建，因?yàn)樗鼈冃枰_制作。它們將被導(dǎo)出到3D打印機(jī)。每個(gè)使用的圓盤(pán)將需要一個(gè)沖擊桿，并且每個(gè)彈簧都將需要止動(dòng)件和保持器。塞子和固定器必須為杯形，頂板將需要一個(gè)，而底板則需要一個(gè)。杯形用于將彈簧固定到位。這些保持器的附加功能是充當(dāng)下降的頂板的限位器，以使沖擊桿不會(huì)使壓電盤(pán)變形到斷裂點(diǎn)。防撞桿的長(zhǎng)度比頂部和底部塞子和支座的總長(zhǎng)度長(zhǎng)1mm。這使沖擊桿使壓電盤(pán)變形1mm，對(duì)于此模型中使用的盤(pán)元件而言，這是安全有效的變形距離。

步驟3：CNC頂板和底板

使用了MDF板，因?yàn)樗梢员馄劫?gòu)買，而其他板可以稍微彎曲。 CNC機(jī)床可能需要將.dwg或.dxf文件加載到軟件中以創(chuàng)建刀具路徑。從細(xì)節(jié)到邊緣的實(shí)際切割，整個(gè)板材都經(jīng)過(guò)了銑削。同時(shí)在CNC上鉆孔的螺釘和螺栓孔也很明智，因?yàn)檫@將大大提高孔的精度。切開(kāi)板子后，如果CNC不能使它們非常平坦，請(qǐng)確保對(duì)槽和孔的內(nèi)部進(jìn)行打磨。高端數(shù)控機(jī)床可能會(huì)為您解決這個(gè)問(wèn)題。

步驟4：組裝和測(cè)試機(jī)械組件。

安裝彈簧座和限位器。到盤(pán)子。必須先在其中鉆孔，以使螺栓穿過(guò)。將一個(gè)1/4英寸墊圈放在1/4英寸乘3英寸的螺栓上，然后再穿過(guò)板。穿過(guò)盤(pán)子和杯子后，在螺栓上放置一個(gè)3/8英寸的墊圈，然后再放置一個(gè)1/4英寸的墊圈，再放一個(gè)螺母。對(duì)8個(gè)杯形螺栓分別執(zhí)行此操作。用套筒扳手?jǐn)Q緊手指。在每個(gè)固定器和塞子中放置一個(gè)彈簧，然后將頂板放在彈簧上，確保每個(gè)彈簧都位于固定器和塞子的底部和頂部。將兩個(gè)1/4英寸墊圈分別放在1/4英寸乘6英寸的固定螺栓上。將滑架螺栓放在頂板和底板的角孔中，將它們向上插入穿過(guò)底板，然后再穿過(guò)頂板。在托架螺栓上再放置兩個(gè)1/4英寸墊圈，然后在每個(gè)墊圈上放一個(gè)螺母。擰緊，使墊圈與托架螺栓的末端之間有大約1英寸的空間。

步驟5：安裝沖擊桿。

必須拆卸該裝置才能執(zhí)行此操作。在嘗試擰緊沖擊桿之前，請(qǐng)確保在其上鉆了一些小孔。如果這些孔是從CNC數(shù)控系統(tǒng)在MDF板上鉆的，請(qǐng)忽略下句話。如果CNC上未鉆出螺釘孔，則必須將2D CAD文件的打印輸出（帶有標(biāo)記的圓心）粘貼在頂板上。這將允許手動(dòng)鉆孔相對(duì)準(zhǔn)確的孔。擰入所有沖擊桿。

步驟6：并行焊接所有壓電盤(pán)。

這樣更容易一次焊接3個(gè)元素，從而使6組磁盤(pán)并聯(lián)連接。然后成對(duì)焊接這些組，剩下三組，每組六個(gè)壓電盤(pán)。將這三個(gè)組放置在基板上的外觀，然后將它們焊接在一起。最后，將兩條較長(zhǎng)的導(dǎo)線焊接到磁盤(pán)電路的末端。這些將是到負(fù)載電路的輸出線。請(qǐng)注意，磁盤(pán)上的導(dǎo)線非常易碎，并且拉扯過(guò)多會(huì)折斷。小心，會(huì)有很多剝線和重新焊接的事情。

步驟7：在焊點(diǎn)上粘貼膠帶。

導(dǎo)線在裝置中會(huì)非?？拷⑶铱梢暂p松移動(dòng)。在每個(gè)焊點(diǎn)上使用一條小的膠帶將確保隔離并防止短路。

步驟8：測(cè)試電路。

將磁盤(pán)電路連接到底板，用萬(wàn)用表測(cè)試電路。確保測(cè)試每個(gè)單獨(dú)的磁盤(pán)的輸出電壓。只需輕按它們，就應(yīng)該有一些電壓。這樣做將確保每個(gè)磁盤(pán)在電路中正確連接，并且電路中沒(méi)有故障。

步驟9：將壓電磁盤(pán)熱粘到基板上。

將一小撮熱膠涂在底板上圓圈的四個(gè)側(cè)面上。將磁盤(pán)向下壓在熱膠上。對(duì)所有磁盤(pán)重復(fù)上述操作。從中間磁盤(pán)開(kāi)始比較容易，因?yàn)殡娋€開(kāi)始很快進(jìn)入。還要小心電線，因?yàn)樗鼈兒苋菀渍蹟?不用猛拉！使用一根線或其他方式將中心電路線綁在彈簧支座和塞子上或?qū)λ鼈冞M(jìn)行攻擊。

步驟10：組裝單元并對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。

重新放上頂板。將輸出線連接到萬(wàn)用表并測(cè)試設(shè)備。確保其平滑滑動(dòng)，并且電線不妨礙撞桿。

步驟11：建立負(fù)載電路。

這可以是任何東西，盡管LED是快速且令人滿意的負(fù)載，并且演示了壓電能量收集。該項(xiàng)目中使用的負(fù)載電路包括12個(gè)并聯(lián)的LED。負(fù)載電路中最重要的部分之一是全波橋式整流器。全波橋式整流器可將負(fù)電壓尖峰翻轉(zhuǎn)，使其變?yōu)檎夥?。如?a target="_blank">電容器是負(fù)載電路的一部分，這將是必需的。使用全波橋式整流器時(shí)，輸出功率也會(huì)加倍。半波橋式整流器也可以工作，但功率僅為全波整流器的一半。此外，根據(jù)負(fù)載電路涉及的內(nèi)容，電容器可用于存儲(chǔ)或電壓調(diào)節(jié)，而線性調(diào)節(jié)器可用于電壓調(diào)節(jié)。

**根據(jù)您要執(zhí)行的操作，您可能會(huì)發(fā)現(xiàn)Angelo的Instructable中的步驟13很有幫助。他討論了如何將發(fā)電機(jī)連接到電池以存儲(chǔ)和以后使用產(chǎn)生的能量。

步驟12：文件下載和資源

要請(qǐng)求項(xiàng)目文件，請(qǐng)執(zhí)行以下操作之一：

直接下載（如下）

編寫(xiě)

電路圖

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項(xiàng)目文件

文件描述：

Piezo_bottomplate_3D.dwg-3D基板。文件具有層。

Piezo_plates_CNC.dwg-CNC路由器（2D）的底板和頂板

Piezo_plates_CNC.dxf-DXF文件類型的CNC板

Presentation.pptx-Powerpoint演示文稿

Impact_rod。 stl-沖擊桿（在3D打印機(jī)上打印18條）

Stoppers_holders_base.dwg-塞子和彈簧座（基座）（CAD文件）

Stoppers_holders_base.stl-塞子和彈簧座（基座）（3D打印機(jī)）

Stoppers_holders_top.dwg-頂部的塞子和彈簧座（CAD文件）

Stoppers_holders_top.stl-頂部的塞子和彈簧座（打印機(jī)文件）

資源和研究文件

文件描述：

PyzoFlex.pdf-PyzoFlex-印刷壓電壓力感應(yīng)箔

Images SI Inc.pdf-壓電薄膜傳感器-技術(shù)手冊(cè)（Images SI Inc.）

MIT.pdf- MIT MEMS壓電振動(dòng)能量采集器的建模與設(shè)計(jì)

JR-EAST.pdf-JR-EAST壓電地板

APC.pdf-APC International，Ltd.-壓電作用的第一步

Piez oelectricity wiki.pdf-壓電上的Wikipedia頁(yè)面