低频振动下多球冲击宽频压电式振动能量收集装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于能量采集装置技术领域，具体涉及一种低频振动下多球冲击宽频压电式振动能量收集装置及方法；其中

【技术实现步骤摘要】
前端即自由端分别伸入管道9内，且位于管道9内部的第三悬臂梁8和第二悬臂梁4内侧分别固定有第二永磁体
16、
第三永磁体
17
；所述管道9后端设有第四悬臂梁
10
，其中第四悬臂梁
10
右侧固定在第一
L
形固定板6内侧，第四悬臂梁
10
左侧即自由端前方固定有第四永磁体
18
；在第一悬臂梁2到第三悬臂梁8之间的管道9中放置有能够自由移动的第一小球
12,
在第一悬臂梁2到第二悬臂梁4之间的管道9中放置能够自由移动的第二小球
13
；
[0007]第一储能器
19
固定在
U
形基板1前端内侧，第三储能器
21
和第二储能器
20
分别固定在
U
形基板1后端外的左右两侧；第一压电层3通过导线连接到第一储能器
19
，第二压电层5通过导线连接到第二储能器
20
，第三压电层
11
通过导线连接到第三储能器
21。
[0008]所述管道9中部设有用于放置第一永磁体
15
的方形孔，第一
L
形固定板6外侧的管道9上设有用于放置第三永磁体
17
的方形孔，第二
L
形固定板7外侧的管道9上设有用于放置第二永磁体
16
的方形孔
。
[0009]所述管道9的形状为圆形或方形<br/>。
[0010]所述第一小球
12
和第二小球
13
的形状为圆球或者圆柱
。
[0011]所述第一小球
12
位于第一悬臂梁2到第三悬臂梁8之间的管道9中，数量为
N1,N1大于或者等于
0。
[0012]所述第二小球
13
位于第一悬臂梁2到第二悬臂梁4之间的管道9中，数量为
N2，
N2大于或者等于
1。
[0013]所述第四悬臂梁
10
相对于第一悬臂梁2垂直放置
。
[0014]所述第四永磁体
18
与第一永磁体
15
极性相对，相互间产生斥力
。
[0015]所述第一悬臂梁
2、
第二悬臂梁
4、
第三悬臂梁8的自由端通过管道9的方形孔进入管道9内，第一小球
12
在管道9内运动时与第一悬臂梁2和第三悬臂梁8发生碰撞，第二小球
13
在管道9内运动时与第一悬臂梁2和第二悬臂梁4发生碰撞
。
[0016]一种低频振动下多球冲击的宽频压电式振动能量收集方法，包括如下内容：
[0017]步骤一，对
U
形基板1施加垂直于第一悬臂梁2方向的低频激励，具体为：将宽频压电式振动能量收集装置通过螺栓
14
固定在水平滑轨上，在固定时，管道9的径向方向与水平滑轨的水平方向保持一致，水平滑轨通过伺服电机驱动，给伺服电机通电，将伺服电机的驱动信号设置为低频谐波信号，伺服电机产生低频谐波激励，驱动水平滑轨在水平方向做周期运动，带动整个装置在水平方向做周期运动；第一小球
12
和第二小球
13
在惯性力的作用下，在管道9中开始运动，建立第一小球
12、
第二小球
13
的运动微分方程，公式如下：
[0018][0019][0020][0021][0022]其中
m
a
和
m
b
分别为第一小球
12、
第二小球
13
的质量；
f
a
和
f
b
分别为第一小球
12、
第二小球
13
所受的摩擦力；
X
a
和
X
b
分别为第一小球
12、
第二小球
13
的位移；
X
base
为
U
形基板1的位移；
I
a
和
I
b
分别为第一小球
12、
第二小球
13
的转动惯量；
ω
a
和
ω
b
分别为第一小球
12、
第二小球
13
的角速度；
r
a
和
r
b
分别为第一小球
12、
第二小球
13
的半径；
[0023]步骤二，对
U
形基板1施加垂直于第一悬臂梁2方向的低频激励，第一悬臂梁
2、
第二
悬臂梁
4、
第三悬臂梁
8、
第四悬臂梁
10
开始振动，使粘贴在第一悬臂梁
2、
第二悬臂梁
4、
第三悬臂梁8上的第一压电层
3、
第二压电层
5、
第三压电层
11
产生弯曲变形，通过正压电效应，产生电能；建立第一悬臂梁
2、
第二悬臂梁
4、
第三悬臂梁
8、
第四悬臂梁
10
的运动微分方程和第一压电层
3、
第二压电层
5、
第三压电层
11
的压电回路方程，公式如下：
[0024][0025][0026][0027][0028][0029][0030][0031]其中
M1、M2、M3、M4分别为第一悬臂梁
2、
第二悬臂梁
4、
第三悬臂梁
8、
第四悬臂梁
10
的质量；
C1、C2、C3、C4分别为第一悬臂梁
2、
第二悬臂梁
4、
第三悬臂梁
8、
第四悬臂梁
10
的等效阻尼；
K1、K2、K3、K4分别为第一悬臂梁
2、
第二悬臂梁
4、
第三悬臂梁
8、
第四悬臂梁
10
的等效刚度；
X1、X2、X3、Y1分别为第一悬臂梁
2、
第二悬臂梁
4、
第三悬臂梁
8、
第四悬臂梁
10
的位移；
θ1、
θ2、
θ3分别为第一压电层
3、
第二压电层
5、
第三压电层
11
的机电耦合系数；
V1、V2、V3分别为第一压电层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种低频振动下多球冲击的宽频压电式振动能量收集装置，其特征在于，包括
U
形基板
1、
第一悬臂梁
2、
带有引线的第一压电层
3、
第二悬臂梁
4、
带有引线的第二压电层
5、
第一
L
形固定板
6、
第二
L
形固定板
7、
第三悬臂梁
8、
管道
9、
第四悬臂梁
10、
带有引线的第三压电层
11、
第一小球
12、
第二小球
13、
第一永磁体
15、
第二永磁体
16、
第三永磁体
17、
第四永磁体
18、
第一储能器
19、
第二储能器
20、
第三储能器
21
；其中
U
形基板1内左右两侧分别固定有第二
L
形固定板7和第一
L
形固定板6，管道9的左右两侧分别套置在第二
L
形固定板7和第一
L
形固定板6内；第一悬臂梁2前端固定在
U
形基板1前端内侧，且其前端右侧固定有第一压电层3，第一悬臂梁2后端即自由端伸入管道9中心内部，且位于管道9中心内部的第一悬臂梁2左侧固定有第一永磁体
15
；所述第三悬臂梁8和第二悬臂梁4的后端分别固定在
U
形基板1后端内侧的左右两侧，且第三悬臂梁8和第二悬臂梁4后端外部分别固定有第三压电层
11
和第二压电层5，同时所述第三悬臂梁8和第二悬臂梁4前端即自由端分别伸入管道9内，且位于管道9内部的第三悬臂梁8和第二悬臂梁4内侧分别固定有第二永磁体
16、
第三永磁体
17
；所述管道9后端设有第四悬臂梁
10
，其中第四悬臂梁
10
右侧固定在第一
L
形固定板6内侧，第四悬臂梁
10
左侧即自由端前方固定有第四永磁体
18
；在第一悬臂梁2到第三悬臂梁8之间的管道9中放置有能够自由移动的第一小球
12,
在第一悬臂梁2到第二悬臂梁4之间的管道9中放置能够自由移动的第二小球
13
；第一储能器
19
固定在
U
形基板1前端内侧，第三储能器
21
和第二储能器
20
分别固定在
U
形基板1后端外的左右两侧；第一压电层3通过导线连接到第一储能器
19
，第二压电层5通过导线连接到第二储能器
20
，第三压电层
11
通过导线连接到第三储能器
21。2.
根据权利要求1所述的一种低频振动下多球冲击的宽频压电式振动能量收集装置，其特征在于，所述管道9中部设有用于放置第一永磁体
15
的方形孔，第一
L
形固定板6外侧的管道9上设有用于放置第三永磁体
17
的方形孔，第二
L
形固定板7外侧的管道9上设有用于放置第二永磁体
16
的方形孔
。3.
根据权利要求1所述的一种低频振动下多球冲击的宽频压电式振动能量收集装置，其特征在于，所述管道9的形状为圆形或方形
。4.
根据权利要求1所述的一种低频振动下多球冲击的宽频压电式振动能量收集装置，其特征在于，所述第一小球
12
和第二小球
13
的形状为圆球或者圆柱
。5.
根据权利要求1所述的一种低频振动下多球冲击的宽频压电式振动能量收集装置，其特征在于，所述第一小球
12
位于第一悬臂梁2到第三悬臂梁8之间的管道9中，数量为
N1,N1大于或者等于0；所述第二小球
13
位于第一悬臂梁2到第二悬臂梁4之间的管道9中，数量为
N2，
N2大于或者等于
1。6.
根据权利要求1所述的一种低频振动下多球冲击的宽频压电式振动能量收集装置，其特征在于，所述第四悬臂梁
10
相对于第一悬臂梁2垂直放置
。7.
根据权利要求1所述的一种低频振动下多球冲击的宽频压电式振动能量收集装置，其特征在于，所述第四永磁体
18
与第一永磁体
15
极性相对，相互间产生斥力
。8.
根据权利要求1所述的一种低频振动下多球冲击的宽频压电式振动能量收集装置，其特征在于，所述第一悬臂梁
2、
第二悬臂梁
4、
第三悬臂梁8的自由端通过管道9的方形孔进入管道9内，第一小球
12
在管道9内运动时与第一悬臂梁2和第三悬臂梁8发生碰撞，第二小
球
13
在管道9内运动时与第一悬臂梁2和第二悬臂梁4发生碰撞
。9.
一种低频振动下多球冲击的宽频压电式振动能量收集方法，其特征在于，包括如下内容：步骤一，对
U
形基板1施加垂直于第一悬臂梁2方向的低频激励，具体为：将宽频压电式振动能量收集装置通过螺栓
14
固定在水平滑轨上，在固定时，管道9的径向方向与水平滑轨的水平方向保持一致，水平滑轨通过伺服电机驱动，给伺服电机通电，将伺服电机的驱动信号设置为低频谐波信号，伺服电机产生低频谐波激励，驱动水平滑轨在水平方向做周期运动，带动整个装置在水平方向做周期运动；第一小球
12
和第二小球
13
在惯性力的作用下，在管道9中开始运动，建立第一小球
12、
第二小球
13
的运动微分方程，公式如下：的运动微分方程，公式如下：的运动微分方程，公式如下：的运动微分方程，公式如下：其中
m
a
和
m
b
分别为第一小球
12、
第二小球
13
的质量；
f
a
和
f
b
分别为第一小球
12、
第二小球
13
所受的摩擦力；
X
a
和
X
b
分别为第一小球
12、
第二小球
13
的位移；
X
base
为
U
形基板1的位移；
I
a
和
I
b
分别为第一小球
12、
第二小球
13
的转动惯...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东方，于逸成，宋杰，范莹莹，李成，刘欣，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：