[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

说明书

本发明公开了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、安装螺栓、支座和俘能机构，所述底座内部的左侧开设有安装孔，所述支座通过安装螺栓连接于底座内部的左侧，所述安装螺栓贯穿支座，所述俘能机构设置于支座的而顶部，所述支座、俘能机构、安装孔和安装螺栓均设置有若干组，且阵列排列，本发明具备压电梁形变效果丰富、压电片利用率较高、两种自由度、两种稳定状态、发电量较充足、非线性俘能、结构使用寿命长的优点，解决了现有的振俘能装置压电片利用率较低、自由度单一、形变方式单一、发电量较小的问题。

技术领域

本发明涉及压电俘能技术领域，具体涉及一种两自由度双稳定状态振动俘能装置及其俘能方法。

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，现有的振动俘能装置多利用压电梁的振动来促使压电片形变俘能，但是在压电梁的设计上，多是采用简谐振动，自由度较为单一，稳定模式单一，从而限制了压电梁和压电片的变形效果，压电片利用率较低，同时非线性效果较差，振动俘获的频带范围受到了一定的限制，现急需一种增加压电梁形变效果、两种自由度、两种稳定状态、非线性的振动俘能装置。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种两自由度双稳定状态振动俘能装置及其俘能方法，具备压电梁形变效果丰富、压电片利用率较高、两种自由度、两种稳定状态、发电量较充足、非线性俘能、结构使用寿命长的优点，解决了现有的振俘能装置压电片利用率较低、自由度单一、形变方式单一、发电量较小的问题。

本发明的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、安装螺栓、支座和俘能机构，所述底座内部的左侧开设有安装孔，所述支座通过安装螺栓连接于底座内部的左侧，所述安装螺栓贯穿支座，所述俘能机构设置于支座的顶部，所述支座、俘能机构、安装孔和安装螺栓均设置有若干组，且阵列排列；

所述俘能机构包括夹板、主梁、固定螺栓和子梁，所述夹板和固定螺栓均设置有两组，位于前侧的固定螺栓的下端贯穿夹板、子梁和支座，位于后侧的固定螺栓的下端贯穿夹板、主梁和支座，所述固定螺栓的下端套设有螺帽，所述主梁和子梁的左端通过固定螺栓固定于两组夹板之间，所述子梁顶部的左侧和右侧通过导电胶粘贴有压电片，所述子梁中间位置的顶部和底部均固定粘贴有第一磁块，所述主梁和子梁的右端固定连接有尾夹，所述尾夹设置有两组，且主梁和子梁的右端通过胶水固定于两组尾夹之间，所述主梁中间位置的顶部和底部均固定连接有垫板，所述垫板的一端固定连接有支架，所述支架相对的一侧固定连接有第二磁块，所述第一磁块与第二磁块垂直对齐，所述第一磁块与垫板水平对齐。

优选的，所述主梁采用厚度为0.5mm的黄铜片，所述子梁采用厚度为0.2mm的黄铜片，所述支架采用厚度为1mm的亚克力薄片，所述垫板为3D打印制成的中空方形块，所述第一磁块和第二磁块为两两相互排斥安装，所述底座内部的底部开设有安装预留孔，所述压电片型号为PZT-5H，尺寸为长25mm×宽12mm×厚0.2mm，所述主梁和子梁的长宽相一致，且宽度为15mm，所述支座为L形，且采用铝合金材料，所述夹板与尾夹均采用厚度为3mm的亚克力薄板。

优选的，具体俘能方法包括如下步骤：