压电能量收集器的制作图解

第1步：确定单元的大小。

在CAD程序中起草时，请确保知道将要使用的压电磁盘的大小。使用。考虑弹簧的放置和弹簧的尺寸。该单元中使用的弹簧直径约为1.5厘米。从磁盘放置，弹簧放置到引导螺栓的放置以及连接螺栓的放置，设计的各个方面都应事先考虑。还要考虑电汇管理。电线可以放在磁盘旁边，但看起来并不整洁。组装单元时，以数字方式查看所有这些内容将很有帮助。

步骤2：草拟塞子，支架和冲击杆。

这些将需要在3D程序（例如AutoCAD或同等程序）中创建，因为它们需要精确制作。它们将被导出到3D打印机。每个使用的圆盘将需要一个冲击杆，并且每个弹簧都将需要止动件和保持器。塞子和固定器必须为杯形，顶板将需要一个，而底板则需要一个。杯形用于将弹簧固定到位。这些保持器的附加功能是充当下降的顶板的限位器，以使冲击杆不会使压电盘变形到断裂点。防撞杆的长度比顶部和底部塞子和支座的总长度长1mm。这使冲击杆使压电盘变形1mm，对于此模型中使用的盘元件而言，这是安全有效的变形距离。

步骤3：CNC顶板和底板

使用了MDF板，因为它可以扁平购买，而其他板可以稍微弯曲。 CNC机床可能需要将.dwg或.dxf文件加载到软件中以创建刀具路径。从细节到边缘的实际切割，整个板材都经过了铣削。同时在CNC上钻孔的螺钉和螺栓孔也很明智，因为这将大大提高孔的精度。切开板子后，如果CNC不能使它们非常平坦，请确保对槽和孔的内部进行打磨。高端数控机床可能会为您解决这个问题。

步骤4：组装和测试机械组件。

安装弹簧座和限位器。到盘子。必须先在其中钻孔，以使螺栓穿过。将一个1/4英寸垫圈放在1/4英寸乘3英寸的螺栓上，然后再穿过板。穿过盘子和杯子后，在螺栓上放置一个3/8英寸的垫圈，然后再放置一个1/4英寸的垫圈，再放一个螺母。对8个杯形螺栓分别执行此操作。用套筒扳手拧紧手指。在每个固定器和塞子中放置一个弹簧，然后将顶板放在弹簧上，确保每个弹簧都位于固定器和塞子的底部和顶部。将两个1/4英寸垫圈分别放在1/4英寸乘6英寸的固定螺栓上。将滑架螺栓放在顶板和底板的角孔中，将它们向上插入穿过底板，然后再穿过顶板。在托架螺栓上再放置两个1/4英寸垫圈，然后在每个垫圈上放一个螺母。拧紧，使垫圈与托架螺栓的末端之间有大约1英寸的空间。

步骤5：安装冲击杆。

必须拆卸该装置才能执行此操作。在尝试拧紧冲击杆之前，请确保在其上钻了一些小孔。如果这些孔是从CNC数控系统在MDF板上钻的，请忽略下句话。如果CNC上未钻出螺钉孔，则必须将2D CAD文件的打印输出（带有标记的圆心）粘贴在顶板上。这将允许手动钻孔相对准确的孔。拧入所有冲击杆。

步骤6：并行焊接所有压电盘。

这样更容易一次焊接3个元素，从而使6组磁盘并联连接。然后成对焊接这些组，剩下三组，每组六个压电盘。将这三个组放置在基板上的外观，然后将它们焊接在一起。最后，将两条较长的导线焊接到磁盘电路的末端。这些将是到负载电路的输出线。请注意，磁盘上的导线非常易碎，并且拉扯过多会折断。小心，会有很多剥线和重新焊接的事情。

步骤7：在焊点上粘贴胶带。

导线在装置中会非常靠近，并且可以轻松移动。在每个焊点上使用一条小的胶带将确保隔离并防止短路。

步骤8：测试电路。

将磁盘电路连接到底板，用万用表测试电路。确保测试每个单独的磁盘的输出电压。只需轻按它们，就应该有一些电压。这样做将确保每个磁盘在电路中正确连接，并且电路中没有故障。

步骤9：将压电磁盘热粘到基板上。

将一小撮热胶涂在底板上圆圈的四个侧面上。将磁盘向下压在热胶上。对所有磁盘重复上述操作。从中间磁盘开始比较容易，因为电线开始很快进入。还要小心电线，因为它们很容易折断-不用猛拉！使用一根线或其他方式将中心电路线绑在弹簧支座和塞子上或对它们进行攻击。

步骤10：组装单元并对其进行测试。

重新放上顶板。将输出线连接到万用表并测试设备。确保其平滑滑动，并且电线不妨碍撞杆。

步骤11：建立负载电路。

这可以是任何东西，尽管LED是快速且令人满意的负载，并且演示了压电能量收集。该项目中使用的负载电路包括12个并联的LED。负载电路中最重要的部分之一是全波桥式整流器。全波桥式整流器可将负电压尖峰翻转，使其变为正尖峰。如果电容器是负载电路的一部分，这将是必需的。使用全波桥式整流器时，输出功率也会加倍。半波桥式整流器也可以工作，但功率仅为全波整流器的一半。此外，根据负载电路涉及的内容，电容器可用于存储或电压调节，而线性调节器可用于电压调节。

**根据您要执行的操作，您可能会发现Angelo的Instructable中的步骤13很有帮助。他讨论了如何将发电机连接到电池以存储和以后使用产生的能量。

步骤12：文件下载和资源

要请求项目文件，请执行以下操作之一：

直接下载（如下）

编写

电路图

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项目文件

文件描述：

Piezo_bottomplate_3D.dwg-3D基板。文件具有层。

Piezo_plates_CNC.dwg-CNC路由器（2D）的底板和顶板

Piezo_plates_CNC.dxf-DXF文件类型的CNC板

Presentation.pptx-Powerpoint演示文稿

Impact_rod。 stl-冲击杆（在3D打印机上打印18条）

Stoppers_holders_base.dwg-塞子和弹簧座（基座）（CAD文件）

Stoppers_holders_base.stl-塞子和弹簧座（基座）（3D打印机）

Stoppers_holders_top.dwg-顶部的塞子和弹簧座（CAD文件）

Stoppers_holders_top.stl-顶部的塞子和弹簧座（打印机文件）

资源和研究文件

文件描述：

PyzoFlex.pdf-PyzoFlex-印刷压电压力感应箔

Images SI Inc.pdf-压电薄膜传感器-威廉希尔官方网站 手册（Images SI Inc.）

MIT.pdf- MIT MEMS压电振动能量采集器的建模与设计

JR-EAST.pdf-JR-EAST压电地板

APC.pdf-APC International，Ltd.-压电作用的第一步

Piez oelectricity wiki.pdf-压电上的Wikipedia页面