[发明专利]一种非线性宽频带压电—磁电复合式低幅振动俘能器

说明书

本发明公开了一种非线性宽频带压电—磁电复合式低幅振动俘能器，包括底板、支撑架、非线性压电梁和顶板，底板顶部的中间位置通过螺栓连接有安装柱，安装柱的顶部固定连接有套杆，安装柱的表面套设有弹簧，套杆的表面套设有套筒，套筒的表面套设有振动浮板，套杆的顶部通过安装孔连接有限位板，本发明通过支撑架、弹簧、非线性压电梁、磁极振子、线圈、第一压电片和第二压电片的配合，提高装置对振动的响应能力，实现了低幅振动收集，采用非线性结构，拓宽了采集频带，采用压电—磁电复合式结构，增加了俘能器在低幅振动环境中对于振动能量的收集，同时增加了俘能器所能适应的振动环境的范围，提高了对振动能量的采集效率。

技术领域

本发明涉及压电俘能技术领域，具体涉及一种非线性宽频带压电—磁电复合式低幅振动俘能器。

背景技术

近年来，随着全球气候变暖的加剧和石油、煤炭、天然气等不可再生资源的紧缺，寻求可再生、可持续的绿色能源成为人类文明可持续发展的重要挑战；利用压电材料的压电效应，从环境中俘获能量的装置称之为压电俘能器，与静电式、电磁式将振动机械能转化为电能相比，压电俘能器具有俘能效率高、能量密度大、工作可靠、适应性强、无污染、成本低等突出优点，从环境振动或噪声中提取能量的性能最好，成为从环境机械能获取电能的一种行之有效的好方法，受到了广泛的重视。

压电俘能的研究已逐步出现在研究生、本科生以及一些企业的教学与生产研究中，现有的俘能装置和俘能结构存在一些不足，在低幅振动环境中，对于振动的采集效果不佳，从而导致输出的功率和电压效果不理想，同时大多数俘能器和俘能结构都是适用于较为单一的振动环境，或者适应环境范围较小，导致在高、低幅等多种振动环境中存在效果不稳定的现象，并且现有的俘能器还存在结构较为复杂，体积较大，生产不便等问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种非线性宽频带压电—磁电复合式低幅振动俘能器，具备良好的振动敏感性，能够在低幅振动环境中高效工作，并且能够适用高、低等多种幅度的振动环境，并且能够保证一定的工作效率，且结构简单，便于生产，同时整体构型紧凑，体积较小，解决了现有的振动俘能器在低幅振动环境中使用效果不佳，不能够适应多种幅度的振动环境，部分俘能器结构复杂不便生产以及体积过大安装不便的问题。

本发明的一种非线性宽频带压电—磁电复合式低幅振动俘能器，包括底板、支撑架、非线性压电梁和顶板，所述底板顶部的中间位置通过螺栓连接有安装柱，所述安装柱的顶部固定连接有套杆，所述安装柱的表面套设有弹簧，所述套杆的表面套设有套筒，所述套筒的底部与弹簧的顶部相接触，所述套筒的表面套设有振动浮板，所述套杆的顶部开设有安装孔，所述套杆的顶部通过安装孔连接有限位板，所述限位板的顶部固定连接有磁极振子，所述顶板底部中间固定连接有质量块，所述顶板的底部固定连接有支杆，所述支杆的表面套设有线圈，所述底板的底部和顶板的顶部均通过螺纹孔连接有定位螺栓，所述支撑架的顶部和底部分别通过定位螺栓和底板与顶板相连接，所述支撑架的一侧粘贴有第一压电片，所述振动浮板底部的四角均通过螺纹孔连接有固定螺栓，所述非线性压电梁通过固定螺栓与振动浮板相连接，所述非线性压电梁的底部粘贴有第二压电片。

优选的，所述底板采用方形的亚克力板，所述底板顶部的四角均开设有夹持孔，所述夹持孔有四组，所述底板通过夹持孔与外界夹具装置相连接。

优选的，所述套杆为长方体杆，所述套筒外形为凸字状，且套筒的内腔为方孔，所述套筒与套杆之间、振动浮板与套筒之间均采用间隙配合。

优选的，所述限位板为螺栓状，所述限位板的上端直径略大于套筒的上端宽度尺寸。

优选的，所述非线性压电梁为Z形多折叠状，所述非线性压电梁设有四组，且分别位于振动浮板顶部的四角，所述非线性压电梁采用H60的铜质梁，所述非线性压电梁的第一层主梁结构尺寸为40x7x0.3mm。

优选的，所述支撑架的中间位置设置为半圆状圆弧，所述支撑架设有四组，且分别位于底板顶部四周的中间位置，所述支撑架尺寸为32x7x0.5mm，且支撑架半圆处的半径为5mm，所述支撑架采用弹性材料。