一種船載定位跟蹤系統(tǒng)供電裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種船載定位跟蹤系統(tǒng)供電裝置，屬船舶電子應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。上下殼左右側(cè)壁上都設(shè)有耳板、前后側(cè)壁端部都設(shè)有兩個(gè)限位面，上殼底壁上裝有帶發(fā)射單元的電路板；左右兩側(cè)的上下耳板間分別壓接有金屬基板，金屬基板自由端裝有磁鐵一和線圈一，金屬基板與其上下兩側(cè)所粘接的壓電晶片構(gòu)成壓電振子；金屬基板寬度大于上下殼內(nèi)腔寬度、壓電晶片寬度小于上下殼內(nèi)腔寬度；下殼底壁上裝有擺桿，擺桿上自下而上依次套有平衡彈簧、磁鐵二和限位彈簧，磁鐵二與磁鐵一同性磁極靠近安裝；上下殼底壁上都對(duì)稱且均布地安裝有一組數(shù)量相等的線圈二。優(yōu)勢特色：環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、有效頻帶寬、能力密度大；可作為獨(dú)立部件埋置于船體隱秘處、安全可靠。
【專利說明】
一種船載定位跟蹤系統(tǒng)供電裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于船舶電子應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種船載定位跟蹤系統(tǒng)供電裝置， 用于船舶定位跟蹤系統(tǒng)供電。
【背景技術(shù)】
[0002] 船舶定位跟蹤系統(tǒng)在民用船舶上已得到廣泛應(yīng)用，為船舶的航行安全、及時(shí)救援、 以及失聯(lián)后的搜尋等提供了有力的保障。然而，現(xiàn)有的定位跟蹤系統(tǒng)都是基于發(fā)動(dòng)機(jī)供電 的，一旦船舶出現(xiàn)事故使發(fā)動(dòng)機(jī)及整個(gè)電力系統(tǒng)失效時(shí)，定位跟蹤系統(tǒng)也失去了其應(yīng)有的 功能。此外，現(xiàn)有的定位跟蹤系統(tǒng)都是外置的，船舶失事進(jìn)水時(shí)無法正常工作、船舶被不法 分子劫持后定位系統(tǒng)也容易被關(guān)閉或破壞。因此，為確保船舶定位系統(tǒng)安全可靠地工作，需 要開發(fā)能量自給的微小電源，以便與定位系統(tǒng)集成且被隱秘安裝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有船舶監(jiān)測系統(tǒng)使用及供電方面存在的一些問題，本發(fā)明提出一種船載定 位跟蹤系統(tǒng)供電裝置。本發(fā)明采用的實(shí)施方案是:上殼左右側(cè)壁上都設(shè)有上耳板、前后側(cè)壁 的端部都設(shè)有兩個(gè)上限位面，下殼左右側(cè)壁上都設(shè)有下耳板、前后側(cè)壁的端部都設(shè)有兩個(gè) 下限位面，上下殼內(nèi)腔左右方向的長度和前后方向的寬度分別相等，上殼底壁上經(jīng)螺釘安 裝有帶發(fā)射單元的電路板;上下耳板經(jīng)螺釘連接，左右兩側(cè)的上下耳板之間分別壓接有懸 臂梁型金屬基板，金屬基板自由端的上下兩側(cè)分別安裝有磁鐵一和線圈一，金屬基板與其 上下兩側(cè)所粘接的壓電晶片構(gòu)成壓電振子;金屬基板寬度大于上下殼內(nèi)腔寬度、壓電晶片 寬度小于上下殼內(nèi)腔寬度；下殼底壁上安裝有T型擺桿，擺桿上自下而上依次套有平衡彈 簧、磁鐵二和限位彈簧，磁鐵二與磁鐵一同性磁極靠近安裝;上下殼底壁上都對(duì)稱且均布地 安裝有一組數(shù)量相等的線圈二，所述置于上下殼底壁上的線圈二都以擺桿中心線為對(duì)稱配 置中心。
[0004] 非工作時(shí)，壓電振子自由端的磁鐵一和線圈一的重力與磁鐵一和二之間的排斥力 相等，壓電振子不發(fā)生彎曲變形；當(dāng)環(huán)境中出現(xiàn)縱向振動(dòng)時(shí)，壓電振子在其端部磁鐵一和線 圈一慣性力的作用下產(chǎn)生彎曲變形，將振動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能；同時(shí)，磁鐵二在其自身慣性力的 作用下也上下振動(dòng);壓電振子彎曲變形和磁鐵二上下振動(dòng)改變磁鐵一和磁鐵二與線圈一和 線圈二的位置關(guān)系，使線圈一和線圈二切割磁力線并產(chǎn)生電流;其它方向振動(dòng)時(shí)，磁鐵二的 慣性力迫使擺桿產(chǎn)生彎曲變形，改變磁鐵二與磁鐵一及相鄰線圈一和線圈二間的距離，從 而使壓電振子彎曲變形發(fā)電、線圈一和線圈二切割磁力線發(fā)電；所生成的電能經(jīng)導(dǎo)線傳輸 給電路板，經(jīng)轉(zhuǎn)換處理后為信號(hào)發(fā)射單元供電，信號(hào)發(fā)射單元按所設(shè)定的時(shí)間間隔將船舶 的位置信息發(fā)射出去。
[0005] 在上述壓電振子彎曲變形發(fā)電的過程中，環(huán)境振動(dòng)強(qiáng)度較大時(shí)金屬基板將貼靠在上 限位面或下限位面上，從而確保壓電晶片不至因所受應(yīng)力過大而損毀。本發(fā)明中，為提高壓電 振子的發(fā)電能力和可靠性，壓電晶片為0.2mm的PZT4、金屬基板為鈹青銅，金屬基板與壓電晶片 的厚度之比為1~2.5,此時(shí)壓電振子的發(fā)電能力較強(qiáng)、能量比較大;能量比是指各不同厚度比 的壓電振子一次彎曲變形所產(chǎn)生的電能與其中的最大值之比;對(duì)于本發(fā)明利用PZT4和鈹青銅 基板構(gòu)成的壓電振子，上下限位面的合理曲率半徑均為
，其 中a = hm/hp為厚度比，hm和hp分別為金屬基板和壓電晶片的厚度。
[0006] 本發(fā)明中，壓電振子與其自由端所安裝的磁鐵一和線圈一構(gòu)成單自由度縱振系 統(tǒng)，磁鐵二與平衡彈簧、限位彈簧及擺桿構(gòu)成任意方向的單自由度振動(dòng)系統(tǒng)，由于磁鐵一和 磁鐵二間的耦合作用，擺桿沿任何方向彎曲變形時(shí)壓電振子都產(chǎn)生縱向彎曲振動(dòng);磁鐵一 和磁鐵二間的耦合作用使發(fā)電裝置在縱振方向上成為兩自由度系統(tǒng)，故存在兩個(gè)激勵(lì)頻率 使壓電振子和磁鐵二的振幅出現(xiàn)峰值。
[0007] 優(yōu)勢與特色:本發(fā)明的供電裝置可收集船舶航行時(shí)任意方向的顛簸和振動(dòng)能量， 環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、有效頻帶寬;壓電與電磁單元同步發(fā)電、能力密度大，壓電振子可靠性高； 可作為獨(dú)立部件埋置于船體隱秘處，安全可靠。
【附圖說明】
[0008] 圖1是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中供電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009] 圖2圖1的A-A剖視圖；
[0010] 圖3是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中下殼的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011] 圖4是本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中壓電振子能量比與厚度比關(guān)系曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 上殼a的左右側(cè)壁上都設(shè)有上耳板al、前后側(cè)壁的端部都設(shè)有兩個(gè)上限位面a2,下 殼b的左右側(cè)壁上都設(shè)有下耳板bl、前后側(cè)壁的端部都設(shè)有兩個(gè)下限位面b2,上殼a的內(nèi)腔 和下殼b的內(nèi)腔左右方向的長度和前后方向的寬度分別相等，上殼a的底壁上經(jīng)螺釘安裝有 帶發(fā)射單元S的電路板g;上耳板al和下耳板bl經(jīng)螺釘連接，左右兩側(cè)的上耳板al和下耳板 bl之間分別壓接有懸臂梁型金屬基板hi，金屬基板hi的自由端的上下兩側(cè)分別安裝有磁鐵 一 f'和線圈一 c'，金屬基板hi與其上下兩側(cè)所粘接的壓電晶片h2構(gòu)成壓電振子h;金屬基板 hi的寬度大于上殼a和下殼b的內(nèi)腔寬度、壓電晶片h2的寬度小于上殼a和下殼b的內(nèi)腔寬 度;下殼b的底壁上安裝有T型擺桿d，擺桿d上自下而上依次套有平衡彈簧e、磁鐵二f和限位 彈簧e'，磁鐵二f與磁鐵一f'的同性磁極靠近安裝;上殼a和下殼b的底壁上都對(duì)稱且均布地 安裝有一組數(shù)量相等的線圈二c，所述置于上殼a和下殼b的底壁上的線圈二c都以擺桿d的 中心線為對(duì)稱配置中心。
[0013] 非工作時(shí)，壓電振子h自由端的磁鐵一 f'和線圈一 c'的重力與磁鐵一 f'和磁鐵二f 之間的排斥力相等，壓電振子h不發(fā)生彎曲變形；當(dāng)環(huán)境中出現(xiàn)縱向振動(dòng)時(shí)，壓電振子h在其 端部磁鐵一f'和線圈一c'慣性力的作用下產(chǎn)生彎曲變形，將振動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能；同時(shí)，磁鐵 二f在其自身慣性力的作用下也上下振動(dòng);壓電振子h的彎曲變形和磁鐵二f的上下振動(dòng)改 變磁鐵一f'和磁鐵二f與線圈一c'和線圈二c的位置關(guān)系，使線圈一c'和線圈二c切割磁力 線并產(chǎn)生電流;其它方向振動(dòng)時(shí)，磁鐵二f的慣性力迫使擺桿d產(chǎn)生彎曲變形，改變磁鐵二f 與磁鐵一 f'及相鄰線圈一 c'和線圈二c間的距離，從而使壓電振子h彎曲變形發(fā)電、線圈一 C'和線圈二C切割磁力線發(fā)電；所生成的電能經(jīng)導(dǎo)線傳輸給電路板g，經(jīng)轉(zhuǎn)換處理后為信號(hào) 發(fā)射單元S供電，信號(hào)發(fā)射單元S按所設(shè)定的時(shí)間間隔將船舶的位置信息發(fā)射出去。
[0014] 在上述壓電振子h彎曲變形發(fā)電的過程中，環(huán)境振動(dòng)強(qiáng)度較大時(shí)金屬基板hi將貼 靠在上限位面a2或下限位面b2上，從而確保壓電晶片h2不至因所受應(yīng)力過大而損毀。本發(fā) 明中，為提高壓電振子h的發(fā)電能力和可靠性，壓電晶片為0.2mm的PZT4、金屬基板為鈹青 銅，金屬基板hi與壓電晶片h2的厚度之比為1~2.5,此時(shí)壓電振子h的發(fā)電能力較強(qiáng)、能量 比較大;能量比是指各不同厚度比的壓電振子h-次彎曲變形所產(chǎn)生的電能與其中的最大 值之比；對(duì)于本發(fā)明利用PZT4和鈹青銅基板構(gòu)成的壓電振子h，上限位面a2和下限位面b2的 合理曲率半徑均戈
其中a = hm/hP為厚度比，hn^Php分別為 金屬基板hi和壓電晶片h2的厚度。
[0015] 本發(fā)明中，壓電振子h與其自由端所安裝的磁鐵一f'和線圈一c'構(gòu)成單自由度縱 振系統(tǒng)，磁鐵二f與平衡彈簧e、限位彈簧e'及擺桿d構(gòu)成任意方向的單自由度振動(dòng)系統(tǒng)，由 于磁鐵一f'和磁鐵二f間的耦合作用，擺桿d沿任何方向彎曲變形時(shí)壓電振子h都產(chǎn)生縱向 彎曲振動(dòng);磁鐵一 f'和磁鐵二f間的耦合作用使發(fā)電裝置在縱振方向上成為兩自由度系統(tǒng)， 故存在兩個(gè)激勵(lì)頻率使壓電振子h和磁鐵二f的振幅出現(xiàn)峰值。
[0016] 顯然，本發(fā)明的供電裝置可收集船舶航行時(shí)任意方向的顛簸與振動(dòng)能量，環(huán)境適 應(yīng)能力強(qiáng)、有效頻帶寬;壓電與電磁部件同步發(fā)電、能力密度大，壓電振子可靠性高;可作為 獨(dú)立部件埋置于船體隱秘處，安全可靠。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種船載定位跟蹤系統(tǒng)供電裝置，其特征在于:上殼左右側(cè)壁上都設(shè)有上耳板、前后 側(cè)壁端部都設(shè)有兩個(gè)上限位面，下殼左右側(cè)壁上都設(shè)有下耳板、前后側(cè)壁端部都設(shè)有兩個(gè) 下限位面，上下殼內(nèi)腔左右方向的長度和前后方向的寬度分別相等，上殼底壁上經(jīng)螺釘安 裝有帶發(fā)射單元的電路板;上下耳板經(jīng)螺釘連接，左右兩側(cè)的上下耳板之間分別壓接有懸 臂梁型金屬基板，金屬基板自由端的上下兩側(cè)分別安裝有磁鐵一和線圈一，金屬基板與其 上下兩側(cè)所粘接的壓電晶片構(gòu)成壓電振子;金屬基板寬度大于上下殼內(nèi)腔寬度、壓電晶片 寬度小于上下殼內(nèi)腔寬度；下殼底壁上安裝有T型擺桿，擺桿上自下而上依次套有平衡彈 簧、磁鐵二和限位彈簧，磁鐵二與磁鐵一同性磁極靠近安裝;上下殼底壁上都對(duì)稱且均布地 安裝有一組數(shù)量相等的線圈二，所述置于上下殼底壁上的線圈二都以擺桿中心為對(duì)稱配置 中心;非工作時(shí)，壓電振子不發(fā)生彎曲變形;環(huán)境振動(dòng)強(qiáng)度較大時(shí)，金屬基板將貼靠在上限 位面或下限位面上。
【文檔編號(hào)】H02N2/18GK105932908SQ201610459563
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年6月15日
【發(fā)明人】王淑云, 嚴(yán)夢加, 尹曉紅, 汪彬, 闞君武, 曹淵
【申請(qǐng)人】浙江師范大學(xué)