[發明專利]壓電自供電組合梁減振裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201910898312.1
• 申請日: 2019-09-23
• 公開（公告）號: CN110544976B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 羅均;張動;王敏;蒲華燕;孫翊;段超群;張順琦;彭艷;謝少榮
• 申請（專利權）人: 重慶大學;上海大學
• 主分類號: H02J7/32
• 分類號: H02J7/32;H02N2/18;F16F15/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉瀟

本發明公開一種壓電自供電組合梁減振裝置及其控制方法，涉及振動抑制技術領域，上導向部件安裝于上剛性框架中，下導向部件安裝于下剛性部件中，導桿套設于上導向部件和下導向部件中，負載平臺固定于導桿的上端，上滾輪機構和下滾輪機構均固定套設于導桿上，上彈性部件套設于上滾輪機構外，下彈性部件套設于下滾輪機構外，各壓電懸臂梁的一端固定于上剛性框架和下剛性框架之間，各壓電懸臂梁的另一端設置于上滾輪機構和下滾輪機構之間，至少一個壓電懸臂梁與電路系統的輸入端連接，其他壓電懸臂梁與電路系統的輸出端連接。該裝置結構小巧，完全實現自供電，使能量充分利用，克服了單根梁的結構缺陷，使得對壓電懸臂梁的研究在實際中得以應用。

技術領域

本發明涉及振動抑制技術領域，特別是涉及一種壓電自供電組合梁減振裝置及其控制方法。

背景技術

壓電材料同時具有正壓電效應和逆壓電效應。利用其正壓電效應，可實現壓電俘能，由于其具有能量密度高、機電轉換效率高，價格低廉且系統結構簡單，無電磁干擾，容易實現系統的小型化，易于集成，無污染等優點，在能量收集方面得到了廣泛研究，尤其是基于懸臂梁的振動能量收集；利用其逆壓電效應，可作為執行器，由于其控制精度高，動態響應好，其在薄壁結構的振動控制中得到了廣泛的應用，目前主要的研究仍集中在懸臂梁的振動控制上。

壓電懸臂梁的被動控制雖然系統簡單，易于實現，但其控制性能較差；主動控制雖然具有較好的控制效果，但一般需要傳感器、功率放大器等外部設備，其系統復雜，龐大，同時需要額外電源供電，在實際中很難得以應用。

到目前為止，雖然基于壓電懸臂梁的振動能量收集和振動控制方面的研究都較為成熟，但壓電俘能獲得的能量還未找到很好的應用點，而由于壓電懸臂梁結構本身的限制，基于壓電懸臂梁的振動控制被限制于實驗室研究階段，很難走向實際應用中。

發明內容

為解決以上技術問題，本發明提供一種壓電自供電組合梁減振裝置及其控制方法，結構小巧，完全實現自供電，使能量充分利用，克服了單根梁的結構缺陷，使得對壓電懸臂梁的研究在實際中得以應用。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

本發明提供一種壓電自供電組合梁減振裝置，包括負載平臺、導桿、上剛性框架、下剛性框架、上導向部件、下導向部件、上彈性部件、下彈性部件、上滾輪機構、下滾輪機構、電路系統和多個壓電懸臂梁，所述上剛性框架設置于所述下剛性框架的上部，所述上導向部件安裝于所述上剛性框架中，所述下導向部件安裝于所述下剛性部件中，所述導桿套設于所述上導向部件和所述下導向部件中，所述負載平臺固定于所述導桿的上端，所述上滾輪機構和所述下滾輪機構均固定套設于所述導桿上且位于所述上導向部件和所述下導向部件之間，所述上彈性部件套設于所述上滾輪機構外，所述下彈性部件套設于所述下滾輪機構外，各所述壓電懸臂梁的一端固定于所述上剛性框架和所述下剛性框架之間，各所述壓電懸臂梁的另一端設置于所述上滾輪機構和所述下滾輪機構之間，多個所述壓電懸臂梁中的至少一個所述壓電懸臂梁與所述電路系統的輸入端連接，多個所述壓電懸臂梁中的其他所述壓電懸臂梁與所述電路系統的輸出端連接。

優選地，還包括墊片，所述墊片套設于所述導桿上，所述墊片位于所述下導向部件和所述下彈性部件之間。

優選地，所述電路系統包括整流電路、DC-DC電壓轉換電路、儲能電路、控制電路和充電電池，多個所述壓電懸臂梁中的至少一個所述壓電懸臂梁與所述整流電路的輸入端相連，所述整流電路的輸出端與所述DC-DC電壓轉換電路的輸入端相連，所述DC-DC電壓轉換電路的輸出端與所述儲能電路及所述充電電池的輸入端相連，所述儲能電路的輸出端與所述控制電路的輸入端相連，多個所述壓電懸臂梁中的其他所述壓電懸臂梁與所述控制電路的輸出端相連，所述充電電池用于向所述整流電路、所述DC-DC電壓轉換電路、所述儲能電路和所述控制電路供電。