[发明专利]一种两自由度双稳定状态振动俘能装置及其俘能方法

权利要求书

1.一种两自由度双稳定状态振动俘能装置及其俘能方法，包括底座(1)、安装螺栓(2)、支座(3)和俘能机构(4)，其特征在于：所述底座(1)内部的左侧开设有安装孔(5)，所述支座(3)通过安装螺栓(2)连接于底座(1)内部的左侧，所述安装螺栓(2)贯穿支座(3)，所述俘能机构(4)设置于支座(3)的顶部，所述支座(3)、俘能机构(4)、安装孔(5)和安装螺栓(2)均设置有若干组，且阵列排列；

所述俘能机构(4)包括夹板(6)、主梁(9)、固定螺栓(7)和子梁(8)，所述夹板(6)和固定螺栓(7)均设置有两组，位于前侧的固定螺栓(7)的下端贯穿夹板(6)、子梁(8)和支座(3)，位于后侧的固定螺栓(7)的下端贯穿夹板(6)、主梁(9)和支座(3)，所述固定螺栓(7)的下端套设有螺帽，所述主梁(9)和子梁(8)的左端通过固定螺栓(7)固定于两组夹板(6)之间，所述子梁(8)顶部的左侧和右侧通过导电胶粘贴有压电片(12)，所述子梁(8)中间位置的顶部和底部均固定粘贴有第一磁块(14)，所述主梁(9)和子梁(8)的右端固定连接有尾夹(15)，所述尾夹(15)设置有两组，且主梁(9)和子梁(8)的右端通过胶水固定于两组尾夹(15)之间，所述主梁(9)中间位置的顶部和底部均固定连接有垫板(11)，所述垫板(11)的一端固定连接有支架(10)，所述支架(10)相对的一侧固定连接有第二磁块(13)，所述第一磁块(14)与第二磁块(13)垂直对齐，所述第一磁块(14)与垫板(11)水平对齐。

2.根据权利要求1所述的一种两自由度双稳定状态振动俘能装置及其俘能方法，其特征在于：所述主梁(9)采用厚度为0.5mm的黄铜片，所述子梁(8)采用厚度为0.2mm的黄铜片，所述支架(10)采用厚度为1mm的亚克力薄片，所述垫板(11)为3D打印制成的中空方形块，所述第一磁块(14)和第二磁块(13)为两两相互排斥安装，所述底座(1)内部的底部开设有安装预留孔，所述压电片(12)型号为PZT-5H，尺寸为长25mm×宽12mm×厚0.2mm，所述主梁(9)和子梁(8)的长宽相一致，且宽度为15mm，所述支座(3)为L形，且采用铝合金材料，所述夹板(6)与尾夹(15)均采用厚度为3mm的亚克力薄板。

3.根据权利要求1所述的一种两自由度双稳定状态振动俘能装置及其俘能方法，其特征在于：具体俘能方法包括如下步骤：

将本发明通过底座(1)的安装预留孔安装于振动环境的振动激励处，当振动环境产生振动激励时，底座(1)和支座(3)受到激励作用带动主梁(9)和子梁(8)振动，由于主梁(9)和子梁(8)的左侧利用固定螺栓(7)和夹板(6)进行固定、右侧被尾夹(15)进行固定，使得子梁(8)在运动时在水平方向形成了预位移约束，从而在振动激励下子梁(8)水平方向的运动受到限制，此时俘能机构(4)具有两种自由度和两种稳定状态，子梁(8)会产生弯曲和扭转两种变形运动，极大程度的增加了压电片(12)的变形效果，使得压电片(12)极化现象增强，产生更大的电势差，提高振动俘能效率，与此同时，通过主梁(9)、垫板(11)和支架(10)安装的第二磁块(13)配合子梁(8)上的第一磁块(14)，对子梁(8)的形变进行了限制，增强了俘能机构(4)的非线性性能，增加了俘能结构非线性振动的效果，极大程度上拓宽了俘能机构(4)俘获振动的频带范围，中空的垫板(11)一定程度上减少了对主梁(9)和子梁(8)振动的影响，通过阵列安装俘能机构(4)，以线性方式的增加了本发明的发电量。