一种碰撞升频式双稳态压电俘能器及其俘能方法技术

本发明专利技术公开了一种碰撞升频式双稳态压电俘能器及其俘能方法。人体运动频率低，常规压电俘能器固有频率高，输出功率低下。本发明专利技术由拨片、压电梁、摆砣、转轴、磁铁和圆形外壳底座组成；摆砣上的磁铁与圆环形外壳内侧磁铁排斥力使摆砣势能存在两个势阱和一个势垒；当人体摆动带给摆砣的激励小于越过势垒高度所需临界值时，摆砣在人体摆动频率下绕转轴在其中一个势阱内做摆动，从而通过转轴带动压电梁与拨片发生碰撞，使压电梁高频振动产生电能，提高输出功率；当人体摆动带给摆砣的激励大于越过势垒高度所需临界值时，摆砣发生两个势阱间周期或混沌运动，增加压电梁与拨片之间的撞击力，收集更多摆动能，进一步提高输出功率，拓宽有效俘能频带。

A collision rise frequency bistable piezoelectric trapping device and its capture method

The invention discloses a collision rise frequency bistable piezoelectric power trapping device and its capture method. The motion frequency of the human body is low, and the natural frequency of the conventional POW is high and the output power is low. The invention is composed of paddles, piezoelectric beam and pendulum shaft, magnet and circular shell pedestal; the pendulum on the inner side of the shell and the annular magnet magnet repulsive force so that the pendulum has two potential energy potential and a barrier; when the body to swing the pendulum drive over the barrier height required is less than the critical value when the pendulum around the shaft in one well swing in the body swing frequency, so that the piezoelectric beam and picks collision driven by the rotating shaft, the high frequency vibration of piezoelectric beam to generate electricity, improve the output power; when the body to swing the pendulum drive over the barrier height required is greater than the critical value two, the pendulum trap between periodic or chaotic motion, increase the impact force between the piezoelectric beam and paddles, collect more swing kinetic energy, increasing output power, broaden the frequency band energy harvesting.

【技术实现步骤摘要】
一种碰撞升频式双稳态压电俘能器及其俘能方法
本专利技术涉及能量收集装置及能量收集方法，具体涉及收集人体摆动能的碰撞升频式双稳态压电俘能器及其俘能方法。
技术介绍
近几年，便携式电子设备、微机电系统和无线传感器网络在民用、军事、医疗和工业生产中得到广泛应用。尤其是在民用方面，基本贯穿了大多数人的日常生活。目前大多数微电子产品供能源都还是传统的电池，这也迫使使用者必须定期给设备充电。其实人体运动时存在大量的运动能，比如身体的摆动，可以将这些摆动能用振动俘能器收集起来，转化为设备所需的电能。压电材料因自身的机电耦合系数高，可达到较高的能量转换效率，因此，广泛用于振动能量收集。但因人体运动频率低，常规压电俘能器固有频率高，俘能频带窄，导致输出功率低下。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对压电俘能器在人体随机低频摆动环境下俘能效率低的问题，提出一种高效的碰撞升频式双稳态压电俘能器及其俘能方法。本专利技术解决技术问题采取的技术方案是：本专利技术一种碰撞升频式双稳态压电俘能器，由拨片、压电梁、摆砣、转轴、磁铁和圆形外壳底座组成；所述的圆形外壳底座包括一体成型的圆环形外壳和圆形底座；转轴与圆形底座同轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碰撞升频式双稳态压电俘能器，由拨片、压电梁、摆砣、转轴、磁铁和圆形外壳底座组成，其特征在于：所述的圆形外壳底座包括一体成型的圆环形外壳和圆形底座；转轴与圆形底座同轴设置，且转轴与圆形底座构成转动副；所述的摆砣包括一体成型的第一半圆柱和第二半圆柱，第一半圆柱的半径比转轴半径大2～4mm，第二半圆柱的半径比圆环形外壳的内径小4～6mm；摆砣开设的中心孔一半位于第一半圆柱上，另一半位于第二半圆柱上；摆砣的中心孔固定在转轴上，第二半圆柱的柱面上开设一个圆孔，圆孔的中心轴线位于第二半圆柱的对称面上；圆孔内嵌一块磁铁；圆环形外壳内侧壁固定有对称设置的两个拨片组；所述的拨片组包括沿转轴周向等距排布的三片...

【技术特征摘要】
1.一种碰撞升频式双稳态压电俘能器，由拨片、压电梁、摆砣、转轴、磁铁和圆形外壳底座组成，其特征在于：所述的圆形外壳底座包括一体成型的圆环形外壳和圆形底座；转轴与圆形底座同轴设置，且转轴与圆形底座构成转动副；所述的摆砣包括一体成型的第一半圆柱和第二半圆柱，第一半圆柱的半径比转轴半径大2～4mm，第二半圆柱的半径比圆环形外壳的内径小4～6mm；摆砣开设的中心孔一半位于第一半圆柱上，另一半位于第二半圆柱上；摆砣的中心孔固定在转轴上，第二半圆柱的柱面上开设一个圆孔，圆孔的中心轴线位于第二半圆柱的对称面上；圆孔内嵌一块磁铁；圆环形外壳内侧壁固定有对称设置的两个拨片组；所述的拨片组包括沿转轴周向等距排布的三片拨片，同个拨片组的相邻拨片所夹圆心角为β，β在20～45°之间取值；拨片组内中间位置的拨片侧面水平设置；两个拨片组顶部及底部最近的两片拨片所夹圆心角均为180°-2β；同个拨片组每相邻的两片拨片间设有一根压电梁；同个拨片组对应的两根压电梁所夹圆心角为β，且不同拨片组对应的压电梁中，有两根压电梁所夹圆心角为180°；拨片相对转轴的轴向位置与压电梁相对转轴的轴向位置对应；转轴径向方向上，拨片与转轴轴心的距离小于压电梁外端端面与转轴轴心的距离；在圆环形外壳内侧壁底部位置固定一块磁铁，第二半圆柱上的磁铁与圆环形外壳内侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐振龙，王文，王瑞金，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33