[發(fā)明專利]一種Y型分叉壓電梁的能量俘獲方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010189564.X
• 申請(qǐng)日: 2020-03-17
• 公開（公告）號(hào): CN111525836A
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳宇;楊智春;周生喜;徐江;李魁;陳兆林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02N2/18
• 分類號(hào): H02N2/18
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開了一種Y型分叉壓電梁的能量俘獲方法。其特征在于：由懸臂主梁和分叉梁構(gòu)成。在粘貼壓電片的懸臂主梁自由端垂直面內(nèi)連接兩段分叉梁，形成一種Y型分叉壓電梁的能量俘獲結(jié)構(gòu)。根據(jù)結(jié)構(gòu)的耦合特性，壓電梁結(jié)構(gòu)中的分叉梁，使得壓電梁結(jié)構(gòu)較單一懸臂主梁結(jié)構(gòu)時(shí)增加兩個(gè)因分叉梁引起的模態(tài)頻率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)粘貼在懸臂主梁上的壓電片增加了因分叉梁引起的響應(yīng)頻率，拓寬了壓電梁的能量俘獲頻帶。另外，通過(guò)調(diào)節(jié)壓電梁結(jié)構(gòu)中分叉梁的長(zhǎng)度及分叉角度，可實(shí)現(xiàn)對(duì)壓電梁結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率的改變，以及使壓電梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)特征值虧損，產(chǎn)生重頻。使得壓電梁結(jié)構(gòu)在該重頻下具有更高的響應(yīng)峰值，壓電片在該重頻下具有更高的俘獲能量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種壓電集能方法，具體為一種Y型分叉壓電梁的能量俘獲方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)階段壓電能量俘獲結(jié)構(gòu)通過(guò)壓電片在結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率處的共振特性將結(jié)構(gòu)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)能量俘獲。但常規(guī)的懸臂式壓電能量俘獲結(jié)構(gòu)的俘能頻帶較窄，且俘能效率較低。也有選擇在懸臂式壓電能量俘獲結(jié)構(gòu)自由端添加質(zhì)量塊實(shí)現(xiàn)響應(yīng)頻率降頻、利用非線性方法來(lái)拓寬能量俘獲頻帶的效果，但其效果并不能滿足未來(lái)能量俘獲的更高要求。因此，如何從結(jié)構(gòu)的角度來(lái)增加壓電片宿主結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻率，使壓電片在較寬的頻帶內(nèi)進(jìn)行能量俘獲的效果，是未來(lái)壓電集能領(lǐng)域內(nèi)需要研究的方向。基于以上的想法，本發(fā)明提出了一種Y型分叉壓電梁的能量俘獲方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種Y型分叉壓電梁的能量俘獲方法：在貼有壓電片的懸臂梁主梁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，在懸臂主梁自由端垂直面內(nèi)連接兩段分叉梁，且該分叉梁具有一定長(zhǎng)度和分叉角度，形成一種Y型分叉壓電梁的能量俘獲結(jié)構(gòu)。利用結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率耦合的特性，通過(guò)調(diào)節(jié)分叉梁的長(zhǎng)度和分叉角度，使得壓電梁結(jié)構(gòu)較單一懸臂主梁結(jié)構(gòu)時(shí)增加兩個(gè)因分叉梁引起的模態(tài)頻率。另外，通過(guò)調(diào)節(jié)壓電梁結(jié)構(gòu)中分叉梁的長(zhǎng)度及分叉角度，使得壓電梁結(jié)構(gòu)中因分叉梁引起的模態(tài)頻率可調(diào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓電梁結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率的調(diào)節(jié)。因此，當(dāng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)分叉梁的長(zhǎng)度和分叉角度，使粘貼在懸臂主梁上的壓電片增加了因分叉梁引起的響應(yīng)頻率，拓寬了壓電梁的能量俘獲頻帶；實(shí)現(xiàn)粘貼在懸臂主梁上壓電片的響應(yīng)頻率可調(diào)，從而達(dá)到能量俘獲頻帶可調(diào)的效果。且通過(guò)調(diào)節(jié)分叉梁的長(zhǎng)度和分叉角度，當(dāng)兩段分叉梁的長(zhǎng)度和分叉角度相同時(shí)，使壓電梁結(jié)構(gòu)的特征值虧損，產(chǎn)生重頻時(shí)，使得壓電梁結(jié)構(gòu)在該重頻下較單一懸臂主梁結(jié)構(gòu)時(shí)具有更高的響應(yīng)峰值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)粘貼在懸臂主梁上的壓電片在該重頻下具有更高的壓電響應(yīng)峰值。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：利用結(jié)構(gòu)之間的耦合作用，在貼有壓電片的懸臂主梁自由端垂直面內(nèi)連接兩段分叉梁，通過(guò)調(diào)節(jié)分叉梁的結(jié)構(gòu)特性，可以改變壓電梁結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻率，使得壓電梁結(jié)構(gòu)可根據(jù)外界激勵(lì)頻率設(shè)計(jì)合適的分叉梁，實(shí)現(xiàn)壓電梁結(jié)構(gòu)的能量俘獲頻率根據(jù)環(huán)境振動(dòng)可調(diào)。另外調(diào)節(jié)分叉梁的長(zhǎng)度和分叉角度，可以使得壓電梁結(jié)構(gòu)的特征值虧損，出現(xiàn)重頻，使得壓電梁結(jié)構(gòu)在該頻率下具有較高的響應(yīng)峰值，進(jìn)而使得壓電片在該頻率下具有較單一懸臂主梁結(jié)構(gòu)時(shí)更高的壓電響應(yīng)峰值，實(shí)現(xiàn)在該頻率下具有更高的壓電能量俘獲效果。本發(fā)明原理簡(jiǎn)單，效果明顯，為未來(lái)壓電集能裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了新的思路，且在能量俘獲領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明中一種Y型分叉壓電梁結(jié)構(gòu)整體示意圖；

圖2是本發(fā)明中一種Y型分叉壓電梁結(jié)構(gòu)整體示意圖；

圖3是本發(fā)明中一種Y型分叉壓電梁結(jié)構(gòu)主視圖；

圖4是本發(fā)明中一種Y型分叉壓電梁結(jié)構(gòu)左視圖；

圖5是本發(fā)明中一種Y型分叉壓電梁結(jié)構(gòu)俯視圖。

參照附圖，本發(fā)明中一種Y型分叉壓電梁結(jié)構(gòu)(本發(fā)明結(jié)構(gòu)形式不限與此)如圖1-5所示。其中包括夾持基礎(chǔ)1、壓電片2、懸臂主梁3、分叉梁4、分叉梁分梁41、分叉梁分梁42。

具體實(shí)施方式