[發(fā)明專利]低頻雙穩(wěn)態(tài)壓電-電磁混合俘能器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210066577.7
• 申請(qǐng)日: 2022-01-20
• 公開（公告）號(hào): CN114499274A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張?jiān)佺?/a>;周生喜;楊濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)深圳研究院
• 主分類號(hào): H02N2/18
• 分類號(hào): H02N2/18;H02K35/02;H02N15/00
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 王敏強(qiáng)

本發(fā)明公開了低頻雙穩(wěn)態(tài)壓電?電磁混合俘能器，包括底座，底座上活動(dòng)連接有壓電梁，壓電梁處于豎直方向且能夠在水平方向移動(dòng)；壓電梁上固定有壓電陶瓷，壓電梁遠(yuǎn)離底座的一端鉸接有剛性連接桿，剛性連接桿鉸接質(zhì)量塊，質(zhì)量塊的底部固接有連桿；底座上還固定有處于豎直方向的套筒，套筒的兩端封閉，套筒內(nèi)部兩端分別設(shè)置有環(huán)形磁鐵；連桿通過套筒上端垂直進(jìn)入套筒內(nèi)部，連桿的頂部固接有電磁鐵；套筒的外壁纏繞有線圈。通過壓電梁與質(zhì)量塊通過連接桿鉸鏈形成雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，通過兩端壓電梁彎曲實(shí)現(xiàn)正壓電效應(yīng)，壓電片儲(chǔ)存的變形能轉(zhuǎn)化為電能；通過質(zhì)量塊的垂直振動(dòng)帶動(dòng)電磁鐵振動(dòng)，線圈磁通量變化，機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能，實(shí)現(xiàn)電磁式發(fā)電。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于能量俘獲技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種低頻雙穩(wěn)態(tài)壓電-電磁混合俘能器。

背景技術(shù)

近年來，能量俘獲成為了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界共同關(guān)注的前言熱點(diǎn)技術(shù)之一。其中振動(dòng)能量俘獲是目前研究廣泛的一種低功耗電子設(shè)備自主供電技術(shù)，它為未來無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)持久可靠供電難題提供了解決方案。傳統(tǒng)的傳感系統(tǒng)的電池壽命有限、更換困難、成本較高，而且被使用過的電池也存在環(huán)境污染等問題。

振動(dòng)能量俘獲的基本原理就是收集利用物體因外部運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的位移或變形所蘊(yùn)含的能量，將其轉(zhuǎn)化為電能。根據(jù)俘獲機(jī)理主要分為三類：壓電式、靜電式和電磁感應(yīng)式。壓電式能量俘獲是利用壓電材料的正壓電效應(yīng)，將壓電材料的變形能轉(zhuǎn)化為電能；靜電式振動(dòng)能量俘獲的基本原理是通過環(huán)境振動(dòng)引起電容改變來產(chǎn)生電能；電磁式振動(dòng)能量俘獲的基本原理是利用法拉第電磁感應(yīng)定理，即磁通量變化時(shí)產(chǎn)生電場(chǎng)。

為了提高振動(dòng)能量俘獲的效率，研究員進(jìn)行了廣泛的創(chuàng)新和實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)的線性振動(dòng)能量俘獲只能在共振峰區(qū)域進(jìn)行俘能，頻帶窄。大部分自然環(huán)境的振動(dòng)都是隨機(jī)的，如何能在更寬的工作頻帶進(jìn)行能量俘獲成為研究熱點(diǎn)之一。通過引入非線性結(jié)構(gòu)能拓寬頻帶，實(shí)現(xiàn)更寬的工作頻帶。多穩(wěn)態(tài)的結(jié)構(gòu)的引入，采集器產(chǎn)生單穩(wěn)態(tài)、雙穩(wěn)態(tài)和三穩(wěn)態(tài)等非線性振動(dòng)特性,也可以達(dá)到提高能量采集器輸出性能的目的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供低頻雙穩(wěn)態(tài)壓電-電磁混合俘能器，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的無法在更寬的工作頻帶進(jìn)行能量俘獲的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是低頻雙穩(wěn)態(tài)壓電-電磁混合俘能器，包括底座，底座上活動(dòng)連接有壓電梁，壓電梁處于豎直方向且能夠在水平方向移動(dòng)；壓電梁上固定有壓電陶瓷，壓電梁遠(yuǎn)離底座的一端鉸接有剛性連接桿，剛性連接桿鉸接質(zhì)量塊，質(zhì)量塊的底部固接有連桿；

底座上還固定有處于豎直方向的套筒，套筒的兩端封閉，套筒內(nèi)部兩端分別設(shè)置有環(huán)形磁鐵；連桿通過套筒上端垂直進(jìn)入套筒內(nèi)部，連桿的頂部固接有電磁鐵；套筒的外壁纏繞有線圈。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于：

底座上開設(shè)有穿孔滑槽，壓電梁上通過雙頭螺釘固定有滑塊，滑塊套嵌于穿孔滑槽內(nèi)。

底座呈凸?fàn)睿蛊鸬闹虚g開設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)固定有套筒底部支座，套筒底部支座上固定有套筒。

壓電陶瓷設(shè)置于壓電梁底端。

壓電梁遠(yuǎn)離底座的一端固定有轉(zhuǎn)動(dòng)副，壓電梁通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與剛性連接桿鉸接。

套筒上開設(shè)有若干氣孔。

套筒上端通過套筒頂部支座封閉，套筒頂部的環(huán)形磁鐵通過膠水粘結(jié)固定于套筒頂部支座；套筒下端通過套筒底部支座封閉，底座相對(duì)于凹槽的下方設(shè)置有固定法蘭，固定法蘭螺紋連接有螺栓桿，螺栓桿的頂端膠水粘結(jié)套筒底部的環(huán)形磁鐵。

套筒頂部支座上固定有直線軸承，連桿通過直線軸承與質(zhì)量塊膠水粘結(jié)。

套筒上端和套筒下端均開設(shè)有定位孔，套筒頂部支座和套筒底部支座通過定位孔進(jìn)行定位。