[發明專利]一種低頻隔振與壓電俘能耦合裝置

有效

• 申請號: 201910485446.0
• 申請日: 2019-06-05
• 公開（公告）號: CN110190778B
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 劉彥琦;姚明輝;周世康;錢霙婧;張偉
• 申請（專利權）人: 北京市勞動保護科學研究所;天津工業大學;北京工業大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;F16F15/00;F16F15/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種低頻隔振與壓電俘能耦合裝置，由準零剛度低頻隔振器和壓電俘能裝置耦合組成。所述的準零剛度低頻隔振器應用正負剛度并聯原理，采用凸輪滾子負剛度結構與正剛度結構并聯。所述的壓電俘能裝置應用正壓電效應，采用PVDF壓電薄膜與負剛度結構耦合構成。本發明可以將生活中無益的振動能量收集轉化為可利用的電能，正負剛度并聯可以擴大其隔振頻帶，使其在低頻范圍也具有良好的隔振和俘能性能。本發明將低頻隔振器與壓電俘能裝置結合，兼具振動抑制與能量收集的雙重功能，與現有技術相比具有創新性，適合各種情境下的隔振俘能，具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及振動控制與利用領域，具體涉及一種低頻隔振與壓電俘能耦合裝置，可以有效地隔離低頻振動并將振動能量轉化為電能。本發明由低頻隔振器與壓電俘能裝置耦合而成，既能有效隔離低頻振動又能將振動能量轉化為電能，結構簡單合理且有效，符合環保和可持續發展理念。

背景技術

振動是自然界最普遍的現象之一，人們的生活離不開振動，生活中的聲、光、熱等基本物理現象都包含振動。振動在現代社會中的應用也很廣泛，但在大部分情況下，振動被認為是消極因素，振動會影響精密儀器設備的功能，降低加工的精度和光潔度；振動還會加劇機械構件的疲勞磨損從而會縮短機械的使用壽命；振動引發的共振還會導致結構的變形破壞，引發災難性的后果。

隨著人們對工作環境和生活質量要求的日益提高，解決機械或結構的振動與噪聲問題愈來愈受到人們的關注和重視。減振隔振技術是抑制振動危害的主要手段。由經典的隔振理論已經證明：不管是主動隔振還是被動隔振，只有當激勵頻率大于倍的系統固有頻率時，系統才有隔振效果。因此，對于中高頻振動，用傳統的線性彈簧就可以有效隔離振動。但對于低頻隔振問題，最有效的方法是降低隔振系統的固有頻率從而擴大隔振頻帶，降低固有頻率的有效手段是在線性彈簧基礎上并聯負剛度結構以降低系統剛度，甚至達到準零剛度。既保證承載能力，又能在振動時保持極低的剛度，做到“高靜低動”。

目前已有將振動能量轉化為電能的壓電俘能器，但是對低頻振動的能量收集利用還未出現相關的設備。本發明提出了一種新型的壓電俘能與低頻隔振結合的壓電俘能器，可以將低頻振源產生的振動能量有效地隔離，同時驅動壓電俘能裝置對能量進行轉化收集。本發明結構簡單合理，壓電薄膜與低頻隔振器的結合方式簡單可靠且不會對機械設備產生干擾，具有創新性、實用性，符合環保和可持續發展要求，整體加工制造方便，易于實現商業化。

發明內容

本發明提出了一種低頻隔振與壓電俘能耦合裝置，提供一種兼具振動治理與能量再利用的裝置。

該裝置的主體部分是一個準零剛度低頻隔振器，采用正負剛度并聯的原理，使得隔振器在靜平衡位置處于零剛度，從而能在零剛度范圍內實現低頻隔振，提高了隔振頻率范圍，正負剛度結構的彈簧可以通過調節裝置調節剛度以滿足不同的承載與隔振要求；壓電部分應用正壓電原理，采用負剛度結構與PVDF壓電薄膜結合將機械能轉化為電能，可為小功率電子元件提供動力源。

為實現上述功能要求，本發明采取以下技術方案予以實現。