[發(fā)明專利]磁力式多穩(wěn)態(tài)介電彈性體換能器

有效

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• 申請日: 2016-11-24
• 公開（公告）號: CN106787934B
• 公開（公告）日: 2018-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李鑫強(qiáng);張文明;李汶柏
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02;H02N2/04
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

一種磁力式多穩(wěn)態(tài)介電彈性體換能器，包括：上介電彈性體膜、下介電彈性體膜、移動桿和移動磁鐵，其中：上介電彈性體膜兩端分別連有上底膜夾板和上頂膜夾板，下介電彈性體膜的兩端分別連有下底膜夾板和下頂膜夾板，上頂膜夾板和下頂膜夾板通過移動磁鐵相連，上底膜夾板和下底膜夾板之間設(shè)有環(huán)形磁鐵陣列；移動桿中部固定于移動磁鐵中心處且同時位于環(huán)形磁鐵陣列的內(nèi)環(huán)中心，其上端穿過上頂膜夾板、上介電彈性體膜和上底膜夾板，其下端穿過下頂膜夾板、下介電彈性體膜和下底膜夾板，本發(fā)明保持穩(wěn)態(tài)而無能耗，在外界電場激勵下，完成穩(wěn)態(tài)間的過度，同時實現(xiàn)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)變，在外界機(jī)械振動的激勵下，可以實現(xiàn)機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種換能器領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種磁力式多穩(wěn)態(tài)介電彈性體換能器。

背景技術(shù)

隨著傳統(tǒng)能源的不斷消耗，低能耗和高能量密度的新型換能技術(shù)受到越來越多的關(guān)注。壓電陶瓷材料在高頻、小應(yīng)變信號下電能轉(zhuǎn)換效率較高，但是對潮流運動等低頻、較大變形能量源形式，耦合效率及發(fā)電能力較低，而且材料本身脆性影響了工作壽命。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)主要是通過屈曲梁本身雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)再結(jié)合介電彈性體固有特性實現(xiàn)的，只能實現(xiàn)兩個穩(wěn)態(tài)且只能完成電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)變的缺陷，提出一種磁力式多穩(wěn)態(tài)介電彈性體換能器，能夠?qū)崿F(xiàn)多個穩(wěn)態(tài)，而且通過增減磁鐵陣列數(shù)量可以改變穩(wěn)態(tài)的數(shù)量以滿足不同使用情況。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明包括：上介電彈性體膜、下介電彈性體膜、移動桿和移動磁鐵，其中：上介電彈性體膜兩端分別與上底膜夾板和上頂膜夾板相連，下介電彈性體膜的兩端分別與下底膜夾板和下頂膜夾板相連，上頂膜夾板和下頂膜夾板通過移動磁鐵相連，上底膜夾板和下底膜夾板之間設(shè)有環(huán)形磁鐵陣列；移動桿中部固定于移動磁鐵中心處且同時位于環(huán)形磁鐵陣列的內(nèi)環(huán)中心，其上端穿過上頂膜夾板、上介電彈性體膜和上底膜夾板，其下端穿過下頂膜夾板、下介電彈性體膜和下底膜夾板。

所述的上介電彈性體膜和下介電彈性體膜都為圓錐形。

所述的上介電彈性體膜和下介電彈性體膜的介電常數(shù)為5。

所述的環(huán)形磁鐵陣列包括四塊均勻環(huán)布的圓形固定磁鐵，固定磁鐵軸向兩面由磁鐵夾板固定，其徑向由磁鐵安裝板固定。

所述的上底膜夾板和下底膜夾板之間設(shè)有一組環(huán)形磁鐵陣列，環(huán)形磁鐵陣列與上底膜夾板和下底膜夾板之間分別通過上驅(qū)動支架和下驅(qū)動支架相連。

所述的上底膜夾板和下底膜夾板之間設(shè)有上環(huán)形磁鐵陣列和下環(huán)形磁鐵陣列，兩組環(huán)形磁鐵陣列之間通過連接支架相連，上底膜夾板與上環(huán)形磁鐵陣列之間通過上驅(qū)動支架相連，下底膜夾板與下環(huán)形磁鐵陣列通過下驅(qū)動支架相連。

技術(shù)效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用磁鐵的斥力和介電彈性體膜的拉力平衡保持穩(wěn)態(tài)而無能耗，在外界電場激勵下，完成穩(wěn)態(tài)間的過度，同時實現(xiàn)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)變，在外界機(jī)械振動的激勵下，可以實現(xiàn)機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換，利用本身不具有雙穩(wěn)態(tài)的磁鐵斥力，結(jié)合介電彈性體固有特性，可以實現(xiàn)多個穩(wěn)態(tài)，而且通過增減磁鐵陣列數(shù)量可以改變穩(wěn)態(tài)的數(shù)量以滿足不同使用情況。

附圖說明

圖1為雙穩(wěn)態(tài)換能器立體示意圖；

圖2為雙穩(wěn)態(tài)換能器處于穩(wěn)態(tài)一剖面圖；

圖3為雙穩(wěn)態(tài)換能器處于穩(wěn)態(tài)二剖面圖；

圖4為環(huán)形磁鐵陣列俯視圖；

圖5為三穩(wěn)態(tài)換能器立體示意圖；

圖6為三穩(wěn)態(tài)換能器處于穩(wěn)態(tài)一剖面圖；

圖7為三穩(wěn)態(tài)換能器處于穩(wěn)態(tài)二剖面圖；

圖8為三穩(wěn)態(tài)換能器處于穩(wěn)態(tài)三剖面圖；