基于非线性能量阱与压电陶瓷相结合的振动能量俘获装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及基于非线性能量阱与压电陶瓷相结合的振动能量俘获装置，属于振动能量俘获设备领域。该装置中滑轨上设置下振子在滑轨上滑动，下振子的两侧对称设置弹簧，弹簧的一端与下振子铰连接，另一端与支座铰连接，支座螺栓连接在底座上，构成非线性能量阱结构；压电悬臂梁的自由端连接上振子；连接在压电悬臂梁上的采集电路；上振子和下振子均由永磁铁制作，在一定距离范围内发生磁力相互作用，下振子通过磁力激发上振子振动。该装置下部的非线性能量阱结构可以将主结构的宽带低频振动快速吸收，下振子的低频振动通过电磁耦合的方式激发出上振子的高频振动，使得压电悬臂梁振动次数提高，并结合采集电路显著提高振动能向电能的转化效率。能的转化效率。能的转化效率。

Vibration energy capture device based on the combination of nonlinear energy trap and piezoelectric ceramics

【技术实现步骤摘要】
基于非线性能量阱与压电陶瓷相结合的振动能量俘获装置
[0001]

[0002]本专利技术涉及基于非线性能量阱与压电陶瓷相结合的振动能量俘获装置，属于振动能量俘获设备领域。
[0003]
技术介绍

[0004]非线性能量阱是一种被动控制技术，它的强非线性刚度使其具有不恒定的自振频率，与主结构发生瞬时共振捕获，具有较宽的频带范围，能快速俘获主结构的低频振动。非线性能量阱装置主要通过弹簧获得的非线性恢复力，通过设置弹簧的拉压状态，非线性能量阱的刚度可以实现近似三次立方刚度和负刚度的情况。由于刚度的不恒定，它能与主结构发生瞬时共振捕获，从而具有吸振频带宽的优点。非线性能量阱结构安装于建筑物、桥梁等主结构，能进行有效的宽带低频吸振。
[0005]将建筑物、桥梁等结构的振动能转化为电能可以为监测设备中的无线传感节点急需供电，从而避免电缆的长线铺设、避免电池的更换与废弃电池带来的污染。通常压电型振动能量俘获器直接连接在主结构上进行能量俘获，但能量俘获器在低频受迫振动下产生的振动次数少，受到的激励弱，能量俘获效率较低。
[0006]
技术实现思路

[0007]本专利技术提供了基于非线性能量阱与压电陶瓷相结合的振动能量俘获装置，利用非线性能量阱的瞬时共振捕获主结构的宽带、低频振动，再使非线性能量阱振子通过磁力耦合的方式不断激发压电悬臂梁振子高频振动，提高振动能向电能的转化效率，将在土木工程领域振动能量俘获方面具有广泛应用的前景。
[0008]本专利技术采用如下技术方案：本专利技术所述的基于非线性能量阱与压电陶瓷相结合的振动能量俘获装置，包括底座，支架，滑轨，支座，角钢，弹簧机构，滑台，下振子，上振子，压电悬臂梁，采集电路；所述底座的上端面设有直线状的滑轨，所述滑轨位于底座中部；所述底座上端面位于滑轨的两侧分别设有支座；所述滑台的底端置于滑轨上，滑台的两侧分别连接弹簧机构，弹簧机构与支座相铰接；所述滑台的上端面设有上振子；所述底座、滑轨、滑台、上振子、弹簧机构构成非线性能量阱结构；所述支架为若干根，若干根所述支架组成金字塔结构，位于滑轨的四周设有若干个角钢，若干根所述支架的底端分别与角钢相固定；所述金字塔结构的支架顶端设有压电悬臂梁，所述压电悬臂梁向下悬垂为自由端，压电悬臂梁位于滑轨的上方，压电悬臂梁的自由端设有下振子。
[0009]本专利技术所述的基于非线性能量阱与压电陶瓷相结合的振动能量俘获装置，下振子
包括永磁铁一，连接件一；所述永磁铁一通过螺栓固定在连接件一上，所述连接件一通过螺栓固定在滑台上；所述连接件一沿滑轨滑动方向的两侧分别设有与弹簧机构连接的铰接端。
[0010]本专利技术所述的基于非线性能量阱与压电陶瓷相结合的振动能量俘获装置，上振子包括连接件二、永磁铁二；所述永磁铁二通过螺栓固定连接件二的底端，所述连接件二的顶端通过螺栓与压电悬臂梁底端相固定。
[0011]本专利技术所述的基于非线性能量阱与压电陶瓷相结合的振动能量俘获装置，弹簧机构包括外套筒、内套筒、弹簧；所述外套筒内套置内套筒，所述外套筒与内套筒外套置弹簧；通过改变支座之间的距离，当滑台在滑轨中点时，弹簧机构可以是自由伸长也可以是压缩状态，使非线性能量阱结构实现单稳态或者双稳态。
[0012]本专利技术所述的基于非线性能量阱与压电陶瓷相结合的振动能量俘获装置，所述压电悬臂梁包括弹性基层、压电陶瓷层、导线；所述弹性基层成板条形，所述弹性基层的两侧分别布置压电陶瓷层，压电陶瓷层的表面涂抹银电极层、并通过导线将银电极连接到采集电路中。
[0013]有益效果本专利技术提供的基于非线性能量阱与压电陶瓷相结合的振动能量俘获装置，通过在主结构上安装该非线性能量阱结构，利用非线性能量阱宽带、低频的吸振特性，可以将主结构的宽带低频振动瞬时共振捕获。
[0014]本专利技术提供的基于非线性能量阱与压电陶瓷相结合的振动能量俘获装置，在捕获主结构振动后，非线性能量阱振子的低频振动通过电磁力激发压电悬臂梁振子受迫振动和高频自振，提高压电悬臂梁的振动效率，并结合采集电路显著提高振动能向电能的转化效率。
[0015]本专利技术提供的基于非线性能量阱与压电陶瓷相结合的振动能量俘获装置，该装置改变支座的设置，可以非线性能量阱结构产生单稳态或双稳态的形式。
[0016]附图说明
[0017]图1为本专利技术非线性能量阱与压电陶瓷相结合的振动能量俘获器示意图；图2为本专利技术底座、非线性能量阱结构分解示意图；图3为本专利技术压电悬臂梁结构分解示意图；图4为本专利技术一种单稳态非线性能量阱结构示意图；图5为本专利技术一种双稳态非线性能量阱结构示意图；图6为本专利技术非线性能量阱振子激发压电悬臂梁振子振动示意图；。
[0018]图中有：底座1、支架2、滑轨3、支座4、弹簧5、下振子6、上振子7、压电悬臂梁8、采集电路9、角钢21、滑台31、外套筒51、内套筒52、连接件一61、永磁铁一62、连接件二71、永磁铁二72、弹性基层81、压电陶瓷层82、导线91。
[0019]具体实施方式
[0020]为使本专利技术实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]本专利技术非线性能量阱与压电陶瓷相结合的振动能量俘获装置，该装置包括有：与外部主结构相连的底座1；安装在底座1上的滑轨3，滑轨3上设置下振6在滑轨3上滑动；下振子6的两侧对称设置弹簧5，弹簧5的一端与下振子6铰连接，另一端与支座4铰连接，支座4螺栓连接在底座1上，上述结构构成非线性能量阱结构。
[0022]安装在底座1上的支架2，支架2设置角钢21与底座1通过螺栓连接，支架2上端将压电悬臂梁8的固定端螺栓固定，压电悬臂梁8的自由端连接上振子7；连接在压电悬臂梁8上的采集电路9。
[0023]下振子6包括连接件一61，永磁铁一62，滑台31；永磁铁一62通过螺栓固定在连接件一61上，连接件一61通过螺栓固定在滑台31上；连接件一61沿滑轨滑动方向的两侧分别设有与弹簧机构连接的铰接端。
[0024]弹簧机构包括外套筒51、内套筒52、弹簧5；外套筒51内套置内套筒52，外套筒51与内套筒52外套置弹簧5；通过用于改变支座4之间的距离，当滑台31位于滑轨3中点时，弹簧机构可以是自由伸长也可以是压缩状态，使非线性能量阱结构实现单稳态或者双稳态。
[0025]压电悬臂梁8由中间的弹性基层81和粘贴在两侧的压电陶瓷层82组成，压电陶瓷表面涂有银电极层，并通过导线91将银电极连接到采集电路9中。
[0026]上振子包括连接件二71、永磁铁二72；永磁铁二72通过螺栓固定连接件二71的底端，连接件二71的顶端通过螺栓与压电悬臂梁8底端相固定。
[0027]上振子7与下振子6在一定距离范围内发生磁力相互作用，下振子6通过磁力激发上振子7振动。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于非线性能量阱与压电陶瓷相结合的振动能量俘获装置，其特征在于：包括底座，支架，滑轨，支座，角钢，弹簧机构，滑台，下振子，上振子，压电悬臂梁，采集电路；所述底座的上端面设有直线状的滑轨，所述滑轨位于底座中部；所述底座上端面位于滑轨的两侧分别设有支座；所述滑台的底端置于滑轨上，滑台的两侧分别连接弹簧机构，弹簧机构与支座相铰接；所述滑台的上端面设有上振子；所述底座、滑轨、滑台、上振子、弹簧机构构成非线性能量阱结构；所述支架为若干根，若干根所述支架组成金字塔结构，位于滑轨的四周设有若干个角钢，若干根所述支架的底端分别与角钢相固定；所述金字塔结构的支架顶端设有压电悬臂梁，所述压电悬臂梁向下悬垂为自由端，压电悬臂梁位于滑轨的上方，压电悬臂梁的自由端设有下振子。2.根据权利要求1所述的基于非线性能量阱与压电陶瓷相结合的振动能量俘获装置，其特征在于：下振子包括永磁铁一，连接件一；所述永磁铁一通过螺栓固定在连接件一上，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：万水，兰林，申纪伟，岳汝，周林云，符俊冬，李书利，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：