CN104578910A - 一种l型梁结构内共振宽频振动能量采集器 - Google Patents

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陈立群
姜文安
张业伟
丁虎
李响
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Abstract

本发明涉及一种L型梁结构内共振宽频振动能量采集器，由L型梁、压电陶瓷晶片、下永磁体、上永磁体、质量块、引出电路和绝缘基台组成；所述L型梁的竖直梁的下端用绝缘基台夹紧，通过绝缘基台连接于需要实现振动能量采集的结构中；所述压电陶瓷晶片固定在L型梁的竖直梁靠近下部固定端的外表面处；所述引出电路连接在压电陶瓷晶片上，所述下永磁体固定在L型梁的水平梁靠近直角处，在下永磁体竖直上方一定距离固定一个与下永磁体磁极相反的上永磁体；所述质量块固定于L型梁水平梁自由端处。由于该能量采集器结构轻便、简捷、易于实现，因此可以广泛地应用于汽车、轮船等机械领域。

Description

一种L型梁结构内共振宽频振动能量采集器
技术领域
本发明涉及一种L型梁结构内共振宽频振动能量采集器。
背景技术
振动能量普遍存在于各种工业机械振动中，通过能量采集器可以将振动能转化为电能，达到储存电能或为电子系统供电的目的。振动能量采集器是一种将机械振荡器耦合到一个机电转换机制的电路中，从而实现振动能量采集的装置。目前包括电磁式、压电式或者磁电式几种。研究发现，对于现有的能量采集器，还存在能量采集频率带宽较窄，激励频率在能量采集器固有频率附近的微小偏移都将极大地削弱能量采集效率，能量采集器结构单一，能量采集效率低等问题。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提出一种L型梁结构内共振宽频振动能量采集器，目的在于解决现有能量采集器普遍存在的能量采集频率带宽较窄，能量采集效率低等问题。
为达到上述目的，本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
一种L型梁结构内共振宽频振动能量采集器，由L型梁、压电陶瓷晶片、下永磁体、上永磁体、质量块、引出电路和绝缘基台组成；所述L型梁的竖直梁的下端用绝缘基台夹紧，通过绝缘基台连接于需要实现振动能量采集的结构中；所述压电陶瓷晶片固定在L型梁的竖直梁靠近下部固定端的外表面处；所述引出电路连接在压电陶瓷晶片上，所述下永磁体固定在L型梁的水平梁靠近直角处，在下永磁体竖直上方一定距离固定一个与下永磁体磁极相反的上永磁体；所述质量块固定于L型梁水平梁自由端处。
所述压电陶瓷晶片使用PZT-5A层状压电片，所述L型梁采用不锈钢材料制成。
与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点：
本发明利用多自由度非线性系统振动所特有的内共振现象，设计特有的L型梁结构，并利用磁铁的调频作用，可以调节前两阶模态频率为整数或近似整数倍关系，产生整数倍关系的内共振，使能量在两阶模态间转化，拓宽了振动能量采集器的频率采集带宽，从而可以极大地提高能量采集效率；结构中所采用的层状压电片也非常有利于能量采集效率的提高。由于该能量采集器结构轻便、简捷、易于实现，因此可以广泛地应用于汽车、轮船等机械领域。
附图说明
图1是L型梁结构内共振宽频振动能量采集器静止状态下的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施例作进一步的说明。
如图1所示，一种L型梁结构内共振宽频振动能量采集器，由L型梁1、压电陶瓷晶片2、下永磁体3、上永磁体4、质量块5、引出电路6和绝缘基台7组成；所述L型梁1的竖直梁的下端用绝缘基台7夹紧，通过绝缘基台7连接于需要实现振动能量采集的结构中；所述压电陶瓷晶片2固定在L型梁1的竖直梁靠近下部固定端的外表面处；所述引出电路6连接在压电陶瓷晶片2上，所述下永磁体3固定在L型梁1的水平梁靠近直角处，在下永磁体3竖直上方一定距离固定一个与下永磁体3磁极相反的上永磁体4；所述质量块5固定于L型梁1水平梁自由端处。
所述压电陶瓷晶片2使用PZT-5A层状压电片，所述L型梁1采用不锈钢材料制成。
本发明L型梁结构内共振宽频振动能量采集器的工作原理如下：当需要实现能量采集的结构发生振动时，将通过绝缘基台7使L型梁1一起发生振动。由于L型梁1结构本身的特性，在振动激励下，将会有两个主振型。通过调节两个永磁体之间的距离d，可以调节采集器回复力，使得这两阶模态频率为整数或近似整数倍关系，产生多自由度非线性系统振动所特有的内共振现象，使能量在两阶模态间相互转化，从而可以极大地拓宽能量采集频率带宽。粘贴在L型梁1表面的压电陶瓷晶片2在此振动过程中受到外力作用，可以将振动能转化成电能，并通过引出电路6将电能储存起来，从而实现能量采集。由于该压电陶瓷晶片2设计为层状，因此可以提高能量采集效率。

Claims (2)

1.一种L型梁结构内共振宽频振动能量采集器，其特征在于：由L型梁（1）、压电陶瓷晶片（2）、下永磁体（3）、上永磁体（4）、质量块（5）、引出电路（6）和绝缘基台（7）组成；所述L型梁（1）的竖直梁的下端用绝缘基台（7）夹紧，通过绝缘基台（7）连接于需要实现振动能量采集的结构中；所述压电陶瓷晶片（2）固定在L型梁（1）的竖直梁靠近下部固定端的外表面处；所述引出电路（6）连接在压电陶瓷晶片（2）上，所述下永磁体（3）固定在L型梁（1）的水平梁靠近直角处，在下永磁体（3）竖直上方一定距离固定一个与下永磁体（3）磁极相反的上永磁体（4）；所述质量块（5）固定于L型梁（1）水平梁自由端处。
2.根据权利要求1所述的L型梁结构内共振宽频振动能量采集器，其特征在于：所述压电陶瓷晶片（2）使用PZT-5A层状压电片，所述L型梁（1）采用不锈钢材料制成。
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