CN109995270A - 一种磁力耦合多梁压电俘能装置及其双稳态实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁力耦合多梁压电俘能装置及其双稳态实现方法。在外界基础激励下，可带动多梁产生非线性振动，完成多梁复合压电发电。该装置包括L型悬臂梁压电振子、直线型悬臂梁压电振子。所述悬臂梁压电振子由悬臂梁、陶瓷压电片（或压电薄膜）和永磁铁构成，三梁分别与下梁连接，所述陶瓷压电片（或压电薄膜）对称粘贴在悬臂梁支撑层两侧。横向激励时，L型悬臂梁压电振子发生非线性振动，位于各压电振子自由端的永磁铁由于引力作用，使得直线型悬臂梁压电振子左右摆动，形成双稳态系统，故机构具有更宽的振动频带。本发明结构简单，容易实现，可以解决当前压电俘能系统研究中的宽频、低频等问题，并满足现今微电子产品高速发展的需求。
Description
技术领域
本发明属于振动能量俘获领域，具体涉及一种磁力耦合多梁压电俘能装置及其双稳态实现方法。
背景技术
近几年来，非线性压电振动俘能技术受到学者们越来越多的关注。相对于线性俘能器，非线性压电俘能器具有更宽的振动频带，和更好的发电性能。据理论研究表明，在俘能频带宽度相同的情况下，非线性俘能器的输出功率是线性俘能器的16.5倍。在研究非线性动力学时，双稳态系统这一经典系统被广泛应用到各个研究工程中，例如双稳态电路、双稳态开关、双稳态触发器等。在压电俘能系统中，磁力是引起压电振子非线性振动的一个关键性因素，故我们常选用电磁式的能量转换模式，以便达到所需目的。通常为利用正压电效应将机械振动能转化为电能。它具有结构简单、输出能量密度大、无电磁干扰等特点，是捕获环境振动能量的重要手段。
在能量获取方面，利用自然界存在的能量（风能、太阳能、潮汐能、振动能等）转化成电能为设备进行供电，是一种比较理想的俘能方法，再结合一些智能材料（PZT、MFC等）可以设计出能量转化效率较高的俘能器。随着微型发电设备的出现以及各种绿色能源的应用，已经大量替换掉电池、电子等消耗型的供电电源，实现长期稳定地向微型电子产品供电的目的。到底该如何有效提高发电性能，拓宽频带一直都是研究的热点和难点。
发明内容
为了解决当前压电俘能系统研究中的宽频、低频等问题，并满足现今微电子产品高速发展的需求，本发明提供了一种磁力耦合多梁压电俘能装置及其双稳态实现方法。
一种磁力耦合多梁压电俘能装置及其双稳态实现方法，包括下梁（1）、L型悬臂梁（2）、陶瓷压电片（3）、直线型悬臂梁（4）和永磁铁（5）。所述L型悬臂梁（2）、陶瓷压电片（3）和永磁铁（5）构成L型悬臂梁压电振子（6），所述直线型悬臂梁（4）、陶瓷压电片（3）和永磁铁（5）构成直线型悬臂梁压电振子（7），三梁分别与下梁（1）固定连接，所述陶瓷压电片（3）对称粘贴在悬臂梁支撑层两侧，横线激励时，位于各压电振子自由端的永磁铁（5）由于磁引力作用，使直线型悬臂梁压电振子（7）左右摆动，形成相对宽频的双稳态系统。
本发明的优点：双稳态系统相比线性系统，具有更宽的振动频带，提高了与外界激振频率的匹配度，能够在微弱激励下发生大幅非周期振动，从而在非共振状态下获得结构大变形，提高了发电效率；本发明采用多梁复合发电机构，增加了发电量，并且由磁力作用引入非线性振动，有助于拓宽频带，降低共振频率，提高俘能效率。
附图说明
图1是本发明的三维结构图；
图2、3是系统工作时呈现的双稳态状态图；
图4是带有永磁铁的L型悬臂梁压电振子；
图5是带有永磁铁的直线型悬臂梁压电振子。
具体实施方式
下面结合附图通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
具体实施方式：据图1可知，所述的一种磁力耦合多梁压电俘能装置及其双稳态实现方法，包括下梁（1）、L型悬臂梁（2）、陶瓷压电片（3）、直线型悬臂梁（4）和永磁铁（5）。所述L型悬臂梁（2）、陶瓷压电片（3）和永磁铁（5）构成L型悬臂梁压电振子（6），所述直线型悬臂梁（4）、陶瓷压电片（3）和永磁铁（5）构成直线型悬臂梁压电振子（7），三梁分别与下梁（1）固定连接，所述陶瓷压电片（3）对称粘贴在悬臂梁支撑层两侧，横向激励时，位于各压电振子自由端的永磁铁（5）由于磁引力作用，使直线型悬臂梁压电振子（7）左右摆动，形成相对宽频的双稳态系统。
工作原理：参照图2、3，当机构受到外界激励时，左右L型悬臂梁压电振子（6）分别产生非线性振动，使得悬臂梁两侧的陶瓷压电片产生弯曲变形，根据正压电效应原理，电极两表面则会输出电能。此时由于永磁铁（5）的引力作用，直线型悬臂梁压电振子（7）能够发生大幅非周期振动，形成相对宽频的双稳态系统，获得更宽的振动频带，提高与外界激振频率的匹配度，从而在非共振状态下获得结构大变形，提高发电效率。
本发明采用多梁复合发电机构，增加了发电量，并且由磁力作用引入非线性振动，有助于拓宽频带，降低了共振频率。为解决压电俘能领域中遇到的频带过窄，发电效率低等难题提供一定的学术价值。
Claims (5)
1.一种磁力耦合多梁压电俘能装置及其双稳态实现方法，其特征在于，包括下梁（1）、L型悬臂梁（2）、陶瓷压电片（3）、直线型悬臂梁（4）和永磁铁（5）；所述L型悬臂梁（2）、陶瓷压电片（3）和永磁铁（5）构成L型悬臂梁压电振子（6），所述直线型悬臂梁（4）、陶瓷压电片（3）和永磁铁（5）构成直线型悬臂梁压电振子（7），三梁分别与下梁（1）固定连接，所述陶瓷压电片（3）对称粘贴在悬臂梁支撑层两侧，横向激励时，位于各压电振子自由端的永磁铁（5）由于磁引力作用，使直线型悬臂梁压电振子（7）左右摆动，形成双稳态系统。
2.根据权利要求1所述的一种磁力耦合多梁压电俘能装置及其双稳态实现方法，其特征在于，装置中两L型悬臂梁压电振子（6）对称分布于直线型悬臂梁压电振子（7）两侧。
3.根据权利要求1所述的一种磁力耦合多梁压电俘能装置及其双稳态实现方法，其特征在于，三梁分别与下梁（1）固定连接于同一水平基座。
4.根据权利要求1所述的一种磁力耦合多梁压电俘能装置及其双稳态实现方法，其特征在于，此装置采用L型悬臂梁（2）和直线型悬臂梁（4）复合发电，共粘贴五对陶瓷压电片。
5.根据权利要求1所述的一种磁力耦合多梁压电俘能装置及其双稳态实现方法，其特征在于，对系统施加横向基础激励，直线型悬臂梁压电振子（7）和直线型悬臂梁压电振子（7）同步产生非线性振动发电，形成双稳态系统。
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111551271A (zh) * | 2020-05-11 | 2020-08-18 | 浙江大学 | 一种自能量式的热响应监测装置 |
| CN112117935A (zh) * | 2020-09-30 | 2020-12-22 | 广州大学 | 一种涡激共振复合发电装置 |
| CN113098323A (zh) * | 2021-05-24 | 2021-07-09 | 北京理工大学 | 随机环境下三稳态俘能器的直流功率量化和性能优化方法 |
| CN113162475A (zh) * | 2021-05-08 | 2021-07-23 | 北京工业大学 | 基于牛顿摆式颗粒链结构的压电俘能器及俘能方法 |
| CN113778244A (zh) * | 2021-09-14 | 2021-12-10 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于晃动发电装置的自供电无线鼠标 |
| CN114039507A (zh) * | 2021-11-02 | 2022-02-11 | 上海交通大学 | 利用弹簧突跳效应的多方向非线性宽频压电能量收集装置 |
| CN115242126A (zh) * | 2022-06-17 | 2022-10-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种可折叠的直线型双稳态低频压电俘能器 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104079206A (zh) * | 2014-06-20 | 2014-10-01 | 西安交通大学 | 一种悬臂梁式非线性三稳态装置及其应用 |
| CN104796037A (zh) * | 2015-04-22 | 2015-07-22 | 北京工业大学 | 一种宽频压电发电装置 |
| US9118187B1 (en) * | 2013-03-14 | 2015-08-25 | Amazon Technologies, Inc. | Vibrational energy harvester |
| CN108712108A (zh) * | 2018-06-27 | 2018-10-26 | 浙江工商大学 | 一种双稳态压电振动能量采集器阵列装置 |
| CN108847788A (zh) * | 2018-08-01 | 2018-11-20 | 南京邮电大学 | 一种基于多稳态的压电俘能器 |
-
2019
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9118187B1 (en) * | 2013-03-14 | 2015-08-25 | Amazon Technologies, Inc. | Vibrational energy harvester |
| CN104079206A (zh) * | 2014-06-20 | 2014-10-01 | 西安交通大学 | 一种悬臂梁式非线性三稳态装置及其应用 |
| CN104796037A (zh) * | 2015-04-22 | 2015-07-22 | 北京工业大学 | 一种宽频压电发电装置 |
| CN108712108A (zh) * | 2018-06-27 | 2018-10-26 | 浙江工商大学 | 一种双稳态压电振动能量采集器阵列装置 |
| CN108847788A (zh) * | 2018-08-01 | 2018-11-20 | 南京邮电大学 | 一种基于多稳态的压电俘能器 |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111551271A (zh) * | 2020-05-11 | 2020-08-18 | 浙江大学 | 一种自能量式的热响应监测装置 |
| CN111551271B (zh) * | 2020-05-11 | 2021-10-22 | 浙江大学 | 一种自能量式的热响应监测装置 |
| CN112117935A (zh) * | 2020-09-30 | 2020-12-22 | 广州大学 | 一种涡激共振复合发电装置 |
| CN113162475A (zh) * | 2021-05-08 | 2021-07-23 | 北京工业大学 | 基于牛顿摆式颗粒链结构的压电俘能器及俘能方法 |
| CN113098323A (zh) * | 2021-05-24 | 2021-07-09 | 北京理工大学 | 随机环境下三稳态俘能器的直流功率量化和性能优化方法 |
| CN113778244A (zh) * | 2021-09-14 | 2021-12-10 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于晃动发电装置的自供电无线鼠标 |
| CN114039507A (zh) * | 2021-11-02 | 2022-02-11 | 上海交通大学 | 利用弹簧突跳效应的多方向非线性宽频压电能量收集装置 |
| CN114039507B (zh) * | 2021-11-02 | 2024-05-28 | 上海交通大学 | 利用弹簧突跳效应的多方向非线性宽频压电能量收集装置 |
| CN115242126A (zh) * | 2022-06-17 | 2022-10-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种可折叠的直线型双稳态低频压电俘能器 |
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