[實(shí)用新型]一種旋轉(zhuǎn)式多方向勢壘可變雙穩(wěn)態(tài)振動能量采集裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201721236121.1
• 申請日: 2017-09-25
• 公開（公告）號: CN207166375U
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王東方;單冠淞;李屹;傅宇鵬;宋杰;楊旭
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18
• 代理公司: 吉林長春新紀(jì)元專利代理有限責(zé)任公司22100
• 代理人: 魏征驥

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及新型能源領(lǐng)域，特別涉及一種旋轉(zhuǎn)式多方向雙穩(wěn)態(tài)振動能量采集裝置。

背景技術(shù)

壓電式振動能量采集裝置由于結(jié)構(gòu)相對簡單緊湊、無需用外部電源而收到廣泛關(guān)注。而基于磁力的雙穩(wěn)態(tài)振動能量采集裝置由于其在低頻環(huán)境下能大幅提高輸出能量效率和拓寬頻域而成為研究熱點(diǎn)。

目前存在的雙穩(wěn)態(tài)振動能量采集裝置，勢壘固定，對于達(dá)不到閾值的激勵，雙穩(wěn)態(tài)能量采集裝置能量轉(zhuǎn)換效率極低，因此設(shè)計(jì)一種勢壘可變的雙穩(wěn)態(tài)振動能量采集裝置對于提高能量轉(zhuǎn)換效率是有重要意義的。而高毓璣所提出的彈性支撐的雙穩(wěn)態(tài)能量采集裝置振動中勢壘的變化是隨機(jī)的，可能導(dǎo)致懸臂梁和外磁鐵同時處于大勢壘或小勢壘，從而導(dǎo)致此時能量轉(zhuǎn)換效率較低(高毓璣，冷永剛，范勝波等，彈性支撐雙穩(wěn)壓電懸臂梁振動響應(yīng)及能量采集研究[J]，物理學(xué)報，2014,，63(9)：90501-090501)。

目前存在的雙穩(wěn)態(tài)振動能量采集裝置大多為單方向，且采集方向相對固定。而環(huán)境中的振動通常為多方向的，且不同環(huán)境相對最優(yōu)的方向不同。因此設(shè)計(jì)一種能夠采集多方向振動能量、可調(diào)整采集方向的雙穩(wěn)態(tài)振動能量采集裝置對于提高能量轉(zhuǎn)換效率是有重要意義的。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型提供一種旋轉(zhuǎn)式多方向勢壘可變雙穩(wěn)態(tài)振動能量采集裝置，以解決目前勢壘固定雙穩(wěn)態(tài)振動能量采集裝置存在的對于達(dá)不到閾值的激勵、能量轉(zhuǎn)換效率極低的問題。

本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是：由單體勢壘可變雙穩(wěn)態(tài)振動能量采集裝置、底座和緊固螺母組成，所述單體勢壘可變雙穩(wěn)態(tài)振動能量采集裝置的數(shù)量為2個以上，底座設(shè)有中心桿和環(huán)形槽，環(huán)形槽個數(shù)與單體勢壘可變雙穩(wěn)態(tài)振動能量采集裝置的個數(shù)一致，單體勢壘可變雙穩(wěn)態(tài)振動能量采集裝置通過環(huán)形槽并用緊固螺母與底座固定連接；

本實(shí)用新型所述單體勢壘可變雙穩(wěn)態(tài)振動能量采集裝置包括基座、調(diào)節(jié)裝置、固定塊、固定螺釘和采集裝置，其中采集裝置一端由固定塊、固定螺釘固定于基座上，調(diào)節(jié)裝置與基座連接，固定塊與中心桿轉(zhuǎn)動連接，固定塊的細(xì)桿用于與緊固螺母連接；

本實(shí)用新型所述調(diào)節(jié)裝置包括調(diào)節(jié)盒、螺紋調(diào)節(jié)桿、調(diào)節(jié)基座、壓塊、壓塊螺釘、彈性梁和下磁鐵；其中彈性梁一端粘有下磁鐵，另一端夾在調(diào)節(jié)基座和壓塊間、并用壓塊螺釘固定，調(diào)節(jié)基座、壓塊和壓塊螺釘均置于調(diào)節(jié)盒中，左側(cè)螺紋調(diào)節(jié)桿通過與調(diào)節(jié)盒的圓形螺紋孔的螺紋連接，與調(diào)節(jié)基座相連，右側(cè)彈性梁通過調(diào)節(jié)盒的矩形槽伸出，調(diào)節(jié)盒左側(cè)設(shè)有滑塊，置于基座的導(dǎo)軌中，并用基座壓塊和基座壓塊螺釘固定，左側(cè)設(shè)有彈簧夾，與基座的等間距的卡槽配合。

本實(shí)用新型所述彈性梁采用聚甲基丙烯酸甲酯PMMA。

本實(shí)用新型所述采集裝包括壓電片、懸臂梁、磁鐵固定塊和上磁鐵；其中壓電片粘于懸臂梁上，磁鐵固定塊粘于懸臂梁自由端上，上磁鐵粘于磁鐵固定塊上，所述上磁鐵與下磁鐵磁極相斥放置。

本實(shí)用新型的有益效果在于：通過陣列式的單體勢壘可變雙穩(wěn)態(tài)振動能量采集裝置可繞中心桿在環(huán)形槽中旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)采集多方向振動能量并且可調(diào)整采集方向以達(dá)到最優(yōu)，以提高能量轉(zhuǎn)換效率；通過調(diào)節(jié)裝置中的彈性梁可實(shí)現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)振動能量采集中的勢壘可變，并且可通過調(diào)節(jié)裝置使上下磁鐵間距和彈性梁剛度在不同振動環(huán)境下均能達(dá)到最優(yōu)，以進(jìn)一步提高能量轉(zhuǎn)換效率。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型單體勢壘可變雙穩(wěn)態(tài)振動能量采集裝置為2個時的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型單體勢壘可變雙穩(wěn)態(tài)振動能量采集裝置的基座結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型基座與調(diào)節(jié)裝置局部剖視圖；

圖5是本實(shí)用新型調(diào)節(jié)裝置剖視圖；

圖6是在磁鐵間距d＝5.60mm，外界激勵振幅A＝5mm，頻率f＝pi rad/s的條件下，勢壘固定和勢壘可變雙穩(wěn)態(tài)振動能量采集裝置的位移時域圖；

圖7為在外界激勵振幅A＝5mm時，勢壘固定和勢壘可變雙穩(wěn)態(tài)振動能量采集裝置均取最優(yōu)磁鐵間距時的位移頻譜圖；