一种俘能装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种俘能装置，包括：声学黑洞板，声学黑洞板包括板结构以及与板结构相连的声学黑洞结构，声学黑洞结构具体包括：弯曲部，与板结构相连接，弯曲部的厚度自弯曲部和板结构的相连处起从板结构的厚度逐渐减小至预设厚度，弯曲部以预设厚度继续延伸形成平台；压电回收电路，压电回收电路被配置为回收声学黑洞板的动能并转换为电能，压电回收电路包括：压电片组，设置于平台上，压电片组将声学黑洞板的动能转换成交流电压。通过本发明专利技术提供的俘能装置，能够弥补自然界中振动能量不集中的缺陷，在声学黑洞结构聚集区域实现振动的控制和能量的回收，提升能量回收的效率。

An energy capture device

【技术实现步骤摘要】
一种俘能装置
本专利技术涉及振动噪声与压电俘能控制
，具体而言，涉及一种俘能装置。
技术介绍
目前对于能量的紧缺问题受到各界广泛关注，随着智能材料的不断发展和应用，通过压电材料将自然界的机械能转换为电能已经日渐成熟，压电俘能器可以将环境中的机械能转换成电能，具有节能环保、易于微型化等优点，但是，由于自然界中的振动能量比较分散，传统压电俘能器能量收集的效率并不高。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术第一方面在于提出了一种俘能装置。有鉴于此，根据本专利技术的第一方面，提出了一种俘能装置包括：声学黑洞板，声学黑洞板包括板结构以及与板结构相连的声学黑洞结构，声学黑洞结构具体包括：弯曲部，与板结构相连接，弯曲部的厚度自弯曲部和板结构的相连处起从板结构的厚度逐渐减小至预设厚度，弯曲部以预设厚度继续延伸形成平台；压电回收电路，压电回收电路被配置为回收声学黑洞板的动能并转换为电能，压电回收电路包括：压电片组，设置于平台上，压电片组将声学黑洞板的动能转换成交流电压。本专利技术提供的俘能装置，基于声学黑洞板和压电回收电路组成的压电回收系统，其中，声学黑洞板包括板结构以及与板结构相连的声学黑洞结构，声学黑洞结构包括与板结构相连接的弯曲部，弯曲部的厚度自弯曲部和板结构的相连处起从板结构的厚度逐渐减小至预设厚度，当弯曲部的厚度达到预设厚度时，以预设厚度继续延伸，形成水平的平台，压电片组粘贴在平台上，具体位于声学黑洞结构的能量聚集点位置，使得压电片组的弯曲位移与平台的弯曲位移保持一致，从而来充分获取平台上能量集中的各点振动能量，并通过压电片将振动机械能转化为电能，进而弥补了自然界中振动能量不集中的缺陷，在声学黑洞结构聚集区域实现振动的控制和能量的回收，提升能量回收的效率。同时，能够直接从微电子器件和传感器的工作环境中提取能量来给其供能，使得俘能装置在实际的结构中具有极大的实用价值。需要说明的是，板结构的厚度为固定值。另外，根据本专利技术提供的上述技术方案中的俘能装置，还可以具有如下附加技术特征：在上述技术方案中，进一步地，压电片组包括至少两个压电片；至少两个压电片之间串联连接或并联连接。在该技术方案中，通过多个压电片对多个声学黑洞的能量聚集点进行能量俘获，相比于仅能俘获单一位置的传统压电浮能装置，能够充分获取平台上的振动能量，大大增加机械能的获取量，从而提高输出电压，并且通过多个压电片之间串联或并联，将多个压电片产生了相位差方向、幅值大小不同的多组交流电压电压整合，从而使输出的电压有效值最大化，进一步增大机械能转换成电能的效率。在上述任一技术方案中，进一步地，至少两个压电片位于声学黑洞板的能量聚集点，并按照指定阵列排布，其中，根据施加在声学黑洞板上的振动数据，确定能量聚集点。在该技术方案中，考虑到声学黑洞板上不同的振动数据形成的能量聚集点不同，为了确定压电片的设置位置，预先确定所需振动数据对应的多个能量聚集点，将至少两个压电片设置在多个能量聚集点的位置，并按照指定阵列排布，从而充分获取平台上能量集中的各点振动能量，提升能量回收的效率。具体的，通过简谐激励的方式为声学黑洞板提供振动，振动数据包括振动频率和振动作用力，指定阵列根据声学黑洞板实际能量聚集点确定，根据声学黑洞结构中心的平台尺寸和能量聚集点，确定压电片的尺寸和数量。在上述任一技术方案中，进一步地，弯曲部的厚度变化满足以下幂函数：h(r)＝ε×rm，(m≥2)其中，h(r)表示弯曲部的厚度，r表示弯曲部水平方向的坐标，ε表示系数，m表示指数。在该技术方案中，基于弯曲部中传播的弯曲波随着厚度按一定幂指数函数减小其相应的相速度也减小，并且弯曲波传播的折射率在空间上呈梯度分布，使得弯曲波传播方向发生偏转，传播速度与传播方向的变化产生能量聚集效应，从而利用声学黑洞结构实现弯曲波能量的聚集与高效率耗散，达到能量聚集的目的，弥补了自然界中振动能量不集中的缺陷。同时，能量聚集效应宽频有效，具有广泛地应用前景。在上述任一技术方案中，进一步地，板结构与声学黑洞结构为一体式结构。在该技术方案中，板结构与声学黑洞结构为一体式结构，有利于声学黑洞板的制备，并且由于弯曲波由板结构向声学黑洞结构传播，一体式结构能够尽可能避免因不连续而引起的波反射。在上述任一技术方案中，进一步地，平台为以声学黑洞结构的中轴线为圆心的圆形结构。在上述任一技术方案中，进一步地，弯曲部水平方面的坐标大于平台的半径。在上述任一技术方案中，进一步地，压电片的材料为压电陶瓷。在该技术方案中，压电片的材料为压电陶瓷，其具有压电常数大、灵敏度很高、制造工艺完整、通用性强、价格低、使用范围广等优点，能够更好的进行电压转化，从而提升能量回收的效率。具体地，压电陶瓷采用PZT-5H。在上述任一技术方案中，进一步地，声学黑洞板的材料为金属。在该技术方案中，声学黑洞板的材料为铝。在上述任一技术方案中，进一步地，压电回收电路还包括：储能组件，储能组件被配置为存储电能；整流组件，整流组件的输入端连接于压电片组，整流组件的输出端连接于储能组件，整流组件被配置为将交流电压转换为直流电压。在该技术方案中，压电回收电路还包括储能组件和整流组件，通过整流组件将不同位置的压电片产生的具有相位差的交流电压进行整流，不仅将交流电压转换为直流电压，而且避免各压电片产生的交流电压的因相位差而抵消消耗，增大输出端的电压值，通过储能组件将整流组件输出的直流电压进行存储，进而为负载进行供电。具体地，整流组件为桥式模组，桥式模组的每个桥臂包括至少一个开关管桥式模组的输入端接入交流电压，桥式模组的输出端输出直流电压，开关管可以是绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，也可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，且至少一个开关管中的每个开关管均与一个功率二极管并联，该功率二极管为反向续流二极管，采用与IGBT或MOSFET内部集成方式或者外部分立方式设置，储能组件的容值取值范围为10uF～2000uF。在上述任一技术方案中，进一步地，压电回收电路还包括：滤波组件，接入于整流组件和储能组件之间，滤波组件被配置为滤除电压转换过程产生的电磁干扰。在该技术方案中，通过设置滤波组件，以滤除电压转换过程产生的电磁干扰电压，从而使压电回收电路具备噪声抑制功能和较强的抗干扰能力，更大程度上地保护负载不受电磁干扰。具体地，滤波组件的容值范围为0.01uF～10uF。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1示出了本专利技术一个实施例的俘能装置的结构示意图；图2示出了本专利技术一个实施例中声学黑洞结构的截面示意图；图3示出了本专利技术一个实施例中声学黑洞结构的俯视图；图4示出了本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种俘能装置，其特征在于，包括：/n声学黑洞板，所述声学黑洞板包括板结构以及与板结构相连的声学黑洞结构，所述声学黑洞结构具体包括：/n弯曲部，与所述板结构相连接，所述弯曲部的厚度自所述弯曲部和所述板结构的相连处起从所述板结构的厚度逐渐减小至预设厚度，所述弯曲部以所述预设厚度继续延伸形成平台；/n压电回收电路，所述压电回收电路被配置为回收所述声学黑洞板的动能并转换为电能，所述压电回收电路包括：/n压电片组，设置于所述平台上，所述压电片组被配置为将所述声学黑洞板的动能转换成交流电压。/n

【技术特征摘要】
1.一种俘能装置，其特征在于，包括：
声学黑洞板，所述声学黑洞板包括板结构以及与板结构相连的声学黑洞结构，所述声学黑洞结构具体包括：
弯曲部，与所述板结构相连接，所述弯曲部的厚度自所述弯曲部和所述板结构的相连处起从所述板结构的厚度逐渐减小至预设厚度，所述弯曲部以所述预设厚度继续延伸形成平台；
压电回收电路，所述压电回收电路被配置为回收所述声学黑洞板的动能并转换为电能，所述压电回收电路包括：
压电片组，设置于所述平台上，所述压电片组被配置为将所述声学黑洞板的动能转换成交流电压。


2.根据权利要求1所述的俘能装置，其特征在于，
所述压电片组包括至少两个压电片；
至少两个所述压电片之间串联连接或并联连接。


3.根据权利要求2所述的俘能装置，其特征在于，
至少两个所述压电片位于所述声学黑洞板的能量聚集点，并按照指定阵列排布，
其中，根据施加在所述声学黑洞板上的振动数据，确定所述能量聚集点。


4.根据权利要求1所述的俘能装置，其特征在于，
所述弯曲部的厚度变化满足以下幂指数函数：
h(r)＝ε×rm，(m≥2)
其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑伟光，汪恒，许恩永，冯高山，黄瑞焕，辛伟伟，马晓楠，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45