本发明专利技术提供一种用于转子系统扭振抑制与能量俘获的磁耦合双稳态压电式复合功能装置，包括：外磁盘、内磁体支撑、曲张式压电能量转换装置、永磁体组；内磁体支撑和外磁盘以一定间距依次套设在转子系统的转轴上，内磁体支撑与转轴固定连接作为驱动部件，外磁盘通过设于中心处的轴承与转轴转动连接作为从动部件；驱动部件通过永磁体组之间的磁斥力驱动从动部件转动；曲张式压电能量转换装置固定粘接于外磁盘内部的弧形槽内，下侧与弧形永磁体固定粘接；永磁体组之间的磁斥力造成对曲张式压电能量转换装置的挤压；本发明专利技术能够通过永磁体组提供的正负刚度的共同作用实现对转子系统的扭振抑制，同时将振动能量俘获作为电能为系统电子设备供能。子设备供能。
【技术实现步骤摘要】
一种用于转子系统扭振抑制与能量俘获的磁耦合双稳态压电式复合功能装置
[0001]本专利技术涉及减振结构
及压电陶瓷材料，尤其涉及一种用于转子系统扭振抑制与能量俘获的磁耦合双稳态压电式复合功能装置。
技术背景
[0002]转子系统在运行过程中振动过大，不仅容易导致系统故障，而且严重降低了旋转机械的使用寿命。转子系统的有效振动抑制已成为工业发展中亟待解决的问题。磁耦合式非线性能量阱作为一种被动吸振器，因其结构简单且具有良好的宽频抑振效果，故利用磁耦合式非线能量阱实现对机械振动抑制的研究较多。随着无线和MEMS技术的发展，能量俘获技术可以作为传统电池的替代品，超低功耗的便携式电子产品和无线传感器使用传统电池作为电源，但电池的寿命有限，与设备的工作时间相比较短，更换或者给电池充电的做法效率低，并且有时很难实现，为此在航空航天及汽车等工业领域，如果能将转子系统中的振动能量转换为电能，为系统中的电子设备例如传感器等供电，则既可以避免能量的浪费，又同时满足自身的电能需求。利用压电材料的压电效应将机械振动能量转化为电能是能量俘获的有效方法之一，但目前针对转子系统的扭振抑制及其振动能量俘获的案例尚未出现。
技术实现思路
[0003]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种基于磁非线性、结构简单的用于转子系统的扭振抑制结构，同时作为能将转子系统产生的振动能量转换为电能为自身系统的电子设备供能的一种俘能装置。
[0004]本专利技术提供一种用于转子系统扭振抑制与能量俘获的磁耦合双稳态压电式复合功能装置，包括：外磁盘、内磁体支撑、曲张式压电能量转换装置；所述外磁盘和内磁体支撑以一定间距依次套设在转子系统的转轴上，所述外磁盘通过设于中心处的轴承与转轴转动连接，所述内磁体支撑与转轴固定连接，所述外磁盘为圆盘状，所述内磁体支撑由四根短直梁与圆环为一体组成，被视为刚体，短直梁沿圆环半径方向均匀设置；所述外磁盘内侧环形面开有弧形切槽，所述外磁盘外侧圆面开有圆孔，弧形切槽与圆孔一一对应，并以转轴为轴心沿圆周均匀分布，所述曲张式压电能量转换装置由外金属层、压电陶瓷、内金属层组成，所述曲张式压电能量转换装置与弧形槽固定粘接，所述弧形永磁体A与曲张式压电能量转换装置固定粘接，所述弧形永磁体B与内磁体支撑的圆环固定粘接，所述弧形永磁体A和弧形永磁体B两两一组相对设置且极性相互排斥，所述外磁盘内部扇形凸台侧面与内磁体支撑的短直梁侧面上设有数量相同的矩形永磁体，所述外磁盘内部扇形凸台侧面与内磁体支撑的短直梁侧面的矩形永磁体两两一组相对设置且极性相互排斥。
[0005]在本专利技术的一种用于转子系统扭振抑制与能量俘获的磁耦合双稳态压电式复合功能装置中，通过改变矩形永磁体的间距来改变正刚度。
[0006]在本专利技术的一种用于转子系统扭振抑制与能量俘获的磁耦合双稳态压电式复合
功能装置中，通过改变矩形永磁体的材料来改变正刚度。
[0007]在本专利技术的一种用于转子系统扭振抑制与能量俘获的磁耦合双稳态压电式复合功能装置中，通过改变弧形永磁体的间距来改变负刚度。
[0008]在本专利技术的一种用于转子系统扭振抑制与能量俘获的磁耦合双稳态压电式复合功能装置中，通过改变弧形永磁体的材料来改变正刚度。
[0009]在本专利技术的一种用于转子系统扭振抑制与能量俘获的磁耦合双稳态压电式复合功能装置中，转子系统运作后，转轴将动力传递给内磁体支撑，内磁体支撑通过其短直梁上的矩形永磁体与外磁盘上扇形凸台侧面上的矩形永磁体之间的磁斥力，将动力传递给外磁盘，形成正刚度。
[0010]在本专利技术的一种用于转子系统扭振抑制与能量俘获的磁耦合双稳态压电式复合功能装置中，转子系统振动后，将振动传递给内磁体支撑，产生的扭振带动内磁体支撑于外磁盘发生相对角位移，外磁盘和内磁体支撑上相对设置的一组弧形永磁体同时也产生相对角位移，使弧形永磁体组产生的磁斥力与磁吸力的合力随着相对角位移变化而变化，形成负刚度。
[0011]在本专利技术的一种用于转子系统扭振抑制与能量俘获的磁耦合双稳态压电式复合功能装置中，采用曲张式压电能量转换装置，钹结构在横向外力作用下产生较大的面内应变，有利于微能量的收集。曲张式压电能量转换装置的外金属层与内金属层受到外部径向压力导致变形，从而压迫－拉伸压电晶体，压电晶体产生压电效应而产生电压。
[0012]在本专利技术的一种用于转子系统扭振抑制与能量俘获的磁耦合双稳态压电式复合功能装置中，当转子系统作周期性振动时，由振动造成内磁体支撑与外磁盘之间的相对角位移，构成弧形永磁体组之间的往复相对角位移，从而造成弧形永磁体组之间的磁斥力和磁吸力之间的改变，迫使弧形永磁体A由于弧形永磁体B对其的磁斥力及自身重力而发生沿弧形切槽的往复振动，接着弧形永磁体A可以压迫－拉伸曲张式压电能量转换装置的内金属层，导致内金属层的结构变形，从而压迫和拉伸压电块，产生压电效应而产生电压，电信号经信号线传输至转子系统的电子设备为其供能。
[0013]在本专利技术的一种用于转子系统扭振抑制与能量俘获的磁耦合双稳态压电式复合功能装置中，至少具有以下有益效果：
[0014]1.本专利技术中，外磁盘和内磁体支撑以一定间距依次套设在转子系统的转轴上，外磁盘与转轴间有轴承，内磁体支撑与轴相对固定，避免了用于转子系统的磁耦合双稳态非线性能量阱轴向攒动并保证了内磁体支撑的轴向转动，规定了本专利技术一种用于转子系统扭振抑制与能量俘获的磁耦合双稳态压电式复合功能装置的工作状态。
[0015]2.本专利技术中，通过改变内磁体支撑短直梁和外磁盘扇形凸台上矩形永磁体组的数量，进而调节矩形永磁体形成的正刚度，以此改变扭振抑制效果。
[0016]3.本专利技术中，通过改变内磁体支撑圆环和外磁盘上弧形永磁体组的数量，进而调节弧形永磁体形成的负刚度，以此改变扭振抑制效果。
[0017]4.本专利技术中，通过改变矩形永磁体和弧形永磁体的，进而调节扭振抑制装置拟合出的非线性立方刚度，能够吸收转子系统的扭振，同时改变弧形永磁体的平衡位置。
[0018]5.本专利技术中，利用曲张式压电能量转换装置，将转子系统产生的振动能量转换为可以直接为自身转子系统的电子设备供电，避免了为转子系统的电子设备再多布置电源或
者更换电池，并且能量转换装置不需要开关，物体运作起来即视为开始工作。
[0019]6.与现有的扭振抑制结构相比，本专利技术基于磁耦合双稳态的非线性能量阱机构，结构简单，便于实施。
[0020]7.与现有的扭振抑制结构相比，本专利技术集成有曲张式压电能量转换装置，该压电能量转换装置将弧形永磁体A的上下振动转化为单向的压迫，具有机械整流的功能，可以俘获更多的能量且控制方便。
附图说明
[0021]图1本专利技术的一种用于转子系统扭振抑制与能量俘获的磁耦合双稳态压电式复合功能装置的结构示意图；
[0022]图2为本专利技术的一种用于转子系统扭振抑制与能量俘获的磁耦合双稳态压电式复合功能装置的装配体爆炸图；
[0023]图3为本专利技术的一种用于转子系统扭振抑制与本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于转子系统扭振抑制与能量俘获的磁耦合双稳态压电式复合功能装置，其特征主要包括：外磁盘、内磁体支撑、曲张式压电能量转换装置、永磁体组；所述外磁盘和内磁体支撑以一定间距依次套设在转子系统的转轴上，所述外磁盘通过设于中心处的轴承与转轴转动连接，所述内磁体支撑与转轴固定连接；所述外磁盘为圆盘状，所述内磁体支撑由四根短直梁与圆环为一体组成，被视为刚体，短直梁沿圆环半径方向均匀设置；所述外磁盘内侧环形面开有弧形切槽，所述外磁盘外侧圆面开有圆孔，弧形切槽与圆孔一一对应，并以转轴为轴心沿圆周均匀分布；所述曲张式压电能量转换装置由外金属层、压电晶体、内金属层组成；所述曲张式压电能量转换装置与弧形槽固定粘接，所述弧形永磁体A与曲张式压电能量转换装置固定粘接；所述弧形永磁体B与内磁体支撑的圆环固定粘接，所述弧形永磁体A和弧形永磁体B两两一组相对设置且极性相互排斥；所述外磁盘内部扇形凸台侧面与内磁体支撑的短直梁侧面上设有数量相同的矩形永磁体，所述外磁盘内部扇形凸台侧面与内磁体支撑的短直梁侧面的矩形永磁体两两一组相对设置且极性相互排斥。2.根据权利要求1所述的一种用于转子系统扭振抑制与能量俘获的磁耦合双稳态压电式复合功能装置，其特征在于，转子系统运作后，转轴将动力传递给内磁体支撑，内磁体支撑通过其短直梁上的矩形永磁体与外磁盘上扇形凸台侧面上的矩形永磁体之间的磁斥力，将动力传递给外磁盘，形成正刚度。3.根据权利要求1所述的一种用于转子系统扭振抑制与能量俘获的磁耦合双稳态压电式复合功能装置，其特征在于，转子系统振动后，将振动传递给内磁体支撑，产...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢正邱，谢坤，刘亮，方根，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：
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