[發明專利]一種基于并聯機構的壓電電磁復合能量采集器

有效

• 申請號: 201710751036.7
• 申請日: 2017-08-28
• 公開（公告）號: CN107598893B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發明（設計）人: 姚明輝;劉鵬飛;張偉;馬立
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J19/00;H02N2/18;H02N11/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種基于并聯機構的壓電電磁復合能量采集器，其特征在于：該能量采集器由固定支架(1)、三組運動分支和活動支架構成；所述固定支架(1)由三個固定分支構成，相鄰的兩個固定分支的夾角均為120度，固定分支的中間位置有方形通孔，減輕重量；所述固定支架(1)的中心位置處設有六個螺栓孔，固定支架(1)與外部平臺通過螺栓連接固定；每組運動分支結構相同，每組運動分支由固定平臺(2)、四個伸縮運動組件和運動平臺(8)構成；活動支架由底部平臺連接件(25)、底部平臺(14)和底部平臺支撐架(9)組成；運動分支的固定平臺(2)與固定支架(1)通過螺栓連接，活動支架與三組運動分支通過底部平臺連接件(25)連接；

每個伸縮運動組件均由虎克萬向節(10)、伸縮桿組件、壓電梁組件和球鉸鏈(24)組成；所述的虎克萬向節(10)與固定平臺(2)之間通過虎克支架卡子(11)連接，虎克萬向節(10)通過螺栓安裝在伸縮桿組件上連接件(17)處，伸縮桿組件與壓電梁組件由螺栓連接，壓電梁組件與球鉸鏈(24)由螺栓連接；伸縮桿組件由伸縮桿組件上連接件(17)、套筒(6)、套筒端蓋(16)、運動導桿(4)、運動桿彈簧(15)、永久磁鐵(19)、磁鐵上端蓋(18)、磁鐵下端蓋(20)和線圈(3)組成；伸縮桿組件上連接件(17)與套筒(6)之間由螺栓連接，套筒(6)的外壁纏有線圈(3)，套筒遠離伸縮桿組件上連接件(17)一端安裝有環形的套筒端蓋(16)，運動導桿(4)通過套筒端蓋(16)的中心孔伸入套筒(6)內，能夠在套筒(6)內做伸縮運動，運動導桿(4)的頂端通過磁鐵上端蓋(18)和磁鐵下端蓋(20)固定永久磁鐵(19)，磁鐵下端蓋(20)與套筒(6)之間裝有運動桿彈簧(15)，磁鐵上端蓋(18)與套筒(6)內壁頂端之間裝有運動桿彈簧(15)；永久磁鐵(19)初始位置在套筒(6)的中部，當系統受到外激勵作用時，運動導桿(4)沿套筒(6)內壁做往復伸縮運動，運動桿彈簧(15)給運動導桿(4)提供支撐和緩沖作用，套筒(6)外壁纏繞著銅漆包線圈(3)，永久磁鐵(19)隨運動導桿(4)在套筒(6)內壁做往復運動，使閉合線圈內部的磁通量不斷變化，產生感應電動勢；

所述的壓電梁組件由兩個壓電梁夾具(7)和PVDF壓電梁(5)組成；其中，所述的壓電梁夾具(7)由固定底座(22)、固定夾板(21)和可移動夾板(23)組成；所述的固定底座(22)與運動導桿(4)之間通過螺栓連接，固定底座(22)與固定夾板(21)之間通過螺栓固定，可移動夾板(23)通過固定底座(22)的滑槽在固定底座(22)上滑動，從而調節固定夾板(21)與可移動夾板(23)之間的距離，固定夾板(21)與可移動夾板(23)中間夾持PVDF壓電梁(5)，固定夾板(21)、可移動夾板(23)與PVDF壓電梁(5)通過螺栓夾緊固定；壓電梁包括保護層、壓電層和基礎層；所述的保護層通過導電膠粘貼在壓電層上；所述的壓電層通過導電膠粘貼在基礎層上；當系統受到外界環境的激勵后，伸縮桿組件做往復運動，由于伸縮桿組件的內部有運動桿彈簧(15)提供緩沖和支撐作用，緩沖力會通過運動導桿(4)傳遞給PVDF壓電梁(5)，并且PVDF壓電梁(5)具有一定的柔韌性，因此，PVDF壓電梁(5)會不斷的發生彎曲變形，壓電材料產生極化現象進行發電；所述的球鉸鏈(24)與壓電梁組件通過螺栓連接；所述的球鉸鏈(24)與運動平臺(8)通過螺栓連接；所述的底部平臺(14)與運動平臺(8)通過底部平臺連接件25由螺栓固定連接；所述的底部平臺支撐架(9)和底部平臺(14)由螺栓連接；外界環境中的振動激勵通過底部平臺支撐架(9)傳遞給系統進行能量采集。

2.根據權利要求1所述的一種基于并聯機構的壓電電磁復合能量采集器，其特征在于：壓電梁夾具(7)能夠夾持不同厚度的壓電梁。

3.根據權利要求1所述的一種基于并聯機構的壓電電磁復合能量采集器，其特征在于：所述的保護層材料為聚酯，壓電層材料為極化后的PVDF，PVDF壓電材料的發電效果好，并且具有很好的柔韌性，不容易斷裂，基礎層的材料為碳纖維、鋼或鋁合金中的一種。