[發明專利]準零剛度與非線性單穩態耦合的隔振與俘能一體化裝置

在審

• 申請號: 202310208268.3
• 申請日: 2023-02-24
• 公開（公告）號: CN116241590A
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 彭浩賢;方仕童;賴志慧
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: F16F7/00
• 分類號: F16F7/00;H10N30/30;H02N2/18
• 代理公司: 深圳中一聯合知識產權代理有限公司 44414
• 代理人: 周偉鋒

本發明屬于隔振及俘能一體化技術領域，尤其涉及準零剛度與非線性單穩態耦合的隔振與俘能一體化裝置。準零剛度與非線性單穩態耦合的隔振與俘能一體化裝置包括正剛度結構、負剛度結構及俘能結構。正剛度結構包括壓板以及用于沿第一方向對壓板進行隔振的第一隔振組件。負剛度結構包括側板以及用于沿第二方向對壓板進行隔振的第二隔振組件。俘能結構用于將機械能轉化成電能。本發明由于其準零剛度特性，結構具有超低的隔振頻率、較寬的隔振頻帶，且基于目標能量轉移機理，結合俘能結構的非線性單穩態的優勢，該裝置在隔振頻帶中具有寬頻帶能量俘獲功能，可實現同步低頻率、寬頻帶隔振與俘能一體化，能適應諧波、沖擊和脈沖形式的不同激勵。

技術領域

本發明屬于隔振及俘能一體化技術領域，尤其涉及準零剛度與非線性單穩態耦合的隔振與俘能一體化裝置。

背景技術

近年來，低功率無線傳感器與電子產品在物聯網、體域網、車聯網等領域的快速發展促使人們主動應對其頻繁充電和更換化學電池的挑戰。研究人員探索出從機械運作、人類運動及自然環境振動中獲取振動能量的方式以解決電池壽命有限、維護成本高和污染環境等問題。

振動能量俘獲研究較早且廣泛，為了提高振動俘能效率，則需要增強振動激勵幅值。然而過高的振動幅值(尤其共振情況下)可能造成結構破壞，產生大量振動噪聲，對工業、交通等應用場合(如工廠機床加工、高鐵汽車座椅)等造成不利影響。因此，可從隔振與俘能一體化的角度突破傳統振動能量俘獲的挑戰。由于環境中的振動處于較寬的低頻范圍(0～100Hz)且具有較強時變性，實現低頻激勵下的寬頻帶隔振與俘能一體化具有重要意義。

發明內容

本申請實施例的目的在于提供一種準零剛度與非線性單穩態耦合的隔振與俘能一體化裝置，旨在解決低頻激勵下的寬頻帶隔振與俘能一體化難題。

為實現上述目的，本申請采用的技術方案是：

第一方面，提供一種準零剛度與非線性單穩態耦合的隔振與俘能一體化裝置，其包括：

正剛度結構，包括用于承受振動激勵的壓板以及用于沿第一方向對所述壓板進行隔振的第一隔振組件，所述隔振組件的一端連接所述壓板，所述第一隔振組件的另一端固定設置；

負剛度結構，與所述正剛度結構并聯，且包括側板以及用于沿第二方向對所述壓板進行隔振的第二隔振組件，所述側板連接所述壓板并與所述第一隔振組件的一端滑動抵接，所述第二隔振組件的另一端固定設置，所述第一方向與所述第二方向正交設置；以及

俘能結構，連接所述壓板并隨所述壓板一并振動，以將機械能轉化成電能。

在一些實施例中，所述第一隔振組件包括具有彈性恢復力的第一彈性件，所述第一彈性件的一端連接所述壓板，所述第一彈性件的另一端相對所述壓板固定設置。

在一些實施例中，所述第一隔振組件還包括一端連接所述壓板的導柱、相對所述壓板固定設置的導套以及螺紋連接所述導套的限位調節螺母，所述導柱的另一端滑動插設于所述導套，所述第一彈性件的固定端連接所述限位調節螺母。

在一些實施例中，準零剛度與非線性單穩態耦合的隔振與俘能一體化裝置還包括凸設于所述側板上的導向部和轉動連接所述第二隔振組件的導向輪，所述導向部開設有導向凸弧面，所述導向輪的輪面滑動抵接所述導向凸弧面。

在一些實施例中，所述第二隔振組件包括具有彈性恢復力的第二彈性件以及連接所述彈性件一端的轉接座，所述第二彈性件的另一端固定設置，所述導向輪轉動連接所述轉接座。

在一些實施例中，所述第二隔振組件還包括定位柱，所述準零剛度與非線性單穩態耦合的隔振與俘能一體化裝置還包括相對所述壓板固定設置的定位板，所述定位柱的一端連接所述定位板，且所述第二彈性件為管簧并外套于所述定位柱。

在一些實施例中，所述第二隔振組件成對設置，位于同一對的兩所述第二隔振組件分別位于所述定位板的兩側板面。