[發明專利]一種非線性寬頻帶壓電—磁電復合式低幅振動俘能器

有效

• 申請號: 202010592977.2
• 申請日: 2020-06-25
• 公開（公告）號: CN111669072B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 馬天兵;賈世盛;胡偉康;丁永靜;陳南南;劉雯
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;H02K35/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種非線性寬頻帶壓電—磁電復合式低幅振動俘能器，包括底板、支撐架、非線性壓電梁和頂板，底板頂部的中間位置通過螺栓連接有安裝柱，安裝柱的頂部固定連接有套桿，安裝柱的表面套設有彈簧，套桿的表面套設有套筒，套筒的表面套設有振動浮板，套桿的頂部通過安裝孔連接有限位板，本發明通過支撐架、彈簧、非線性壓電梁、磁極振子、線圈、第一壓電片和第二壓電片的配合，提高裝置對振動的響應能力，實現了低幅振動收集，采用非線性結構，拓寬了采集頻帶，采用壓電—磁電復合式結構，增加了俘能器在低幅振動環境中對于振動能量的收集，同時增加了俘能器所能適應的振動環境的范圍，提高了對振動能量的采集效率。

技術領域

本發明涉及壓電俘能技術領域，具體涉及一種非線性寬頻帶壓電—磁電復合式低幅振動俘能器。

背景技術

近年來，隨著全球氣候變暖的加劇和石油、煤炭、天然氣等不可再生資源的緊缺，尋求可再生、可持續的綠色能源成為人類文明可持續發展的重要挑戰；利用壓電材料的壓電效應，從環境中俘獲能量的裝置稱之為壓電俘能器，與靜電式、電磁式將振動機械能轉化為電能相比，壓電俘能器具有俘能效率高、能量密度大、工作可靠、適應性強、無污染、成本低等突出優點，從環境振動或噪聲中提取能量的性能最好，成為從環境機械能獲取電能的一種行之有效的好方法，受到了廣泛的重視。

壓電俘能的研究已逐步出現在研究生、本科生以及一些企業的教學與生產研究中，現有的俘能裝置和俘能結構存在一些不足，在低幅振動環境中，對于振動的采集效果不佳，從而導致輸出的功率和電壓效果不理想，同時大多數俘能器和俘能結構都是適用于較為單一的振動環境，或者適應環境范圍較小，導致在高、低幅等多種振動環境中存在效果不穩定的現象，并且現有的俘能器還存在結構較為復雜，體積較大，生產不便等問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種非線性寬頻帶壓電—磁電復合式低幅振動俘能器，具備良好的振動敏感性，能夠在低幅振動環境中高效工作，并且能夠適用高、低等多種幅度的振動環境，并且能夠保證一定的工作效率，且結構簡單，便于生產，同時整體構型緊湊，體積較小，解決了現有的振動俘能器在低幅振動環境中使用效果不佳，不能夠適應多種幅度的振動環境，部分俘能器結構復雜不便生產以及體積過大安裝不便的問題。

本發明的一種非線性寬頻帶壓電—磁電復合式低幅振動俘能器，包括底板、支撐架、非線性壓電梁和頂板，所述底板頂部的中間位置通過螺栓連接有安裝柱，所述安裝柱的頂部固定連接有套桿，所述安裝柱的表面套設有彈簧，所述套桿的表面套設有套筒，所述套筒的底部與彈簧的頂部相接觸，所述套筒的表面套設有振動浮板，所述套桿的頂部開設有安裝孔，所述套桿的頂部通過安裝孔連接有限位板，所述限位板的頂部固定連接有磁極振子，所述頂板底部中間固定連接有質量塊，所述頂板的底部固定連接有支桿，所述支桿的表面套設有線圈，所述底板的底部和頂板的頂部均通過螺紋孔連接有定位螺栓，所述支撐架的頂部和底部分別通過定位螺栓和底板與頂板相連接，所述支撐架的一側粘貼有第一壓電片，所述振動浮板底部的四角均通過螺紋孔連接有固定螺栓，所述非線性壓電梁通過固定螺栓與振動浮板相連接，所述非線性壓電梁的底部粘貼有第二壓電片。

優選的，所述底板采用方形的亞克力板，所述底板頂部的四角均開設有夾持孔，所述夾持孔有四組，所述底板通過夾持孔與外界夾具裝置相連接。

優選的，所述套桿為長方體桿，所述套筒外形為凸字狀，且套筒的內腔為方孔，所述套筒與套桿之間、振動浮板與套筒之間均采用間隙配合。

優選的，所述限位板為螺栓狀，所述限位板的上端直徑略大于套筒的上端寬度尺寸。

優選的，所述非線性壓電梁為Z形多折疊狀，所述非線性壓電梁設有四組，且分別位于振動浮板頂部的四角，所述非線性壓電梁采用H60的銅質梁，所述非線性壓電梁的第一層主梁結構尺寸為40x7x0.3mm。

優選的，所述支撐架的中間位置設置為半圓狀圓弧，所述支撐架設有四組，且分別位于底板頂部四周的中間位置，所述支撐架尺寸為32x7x0.5mm，且支撐架半圓處的半徑為5mm，所述支撐架采用彈性材料。