[发明专利]一种新型拾振器及其优化设计方法

摘要

本发明公开了一种新型拾振器及其优化方法，新型拾振器包括拾振系统和电磁式振动能量回收转化系统，拾振系统由双夹具、悬臂梁和永磁体组成，电磁式振动能量回收转化系统由悬臂梁、永磁体、线圈及储能元件组成。利用所公开的优化设计方法可以设计出不同的双夹具，并对系统进行优化匹配，以满足不同的应用需求。该新型拾振器结构简单、小巧，可用于振动能量回收、微型传感器等领域，运用于振动能量回收时其能量回收效率高、频带宽、输出电能平均功率高，尤其是该拾振器通过优化匹配后可适用于各种振动能量回收、微型传感器等场合。

主权项

1.一种新型拾振器，其特征在于：包括支撑底座(1)、双夹具(2)、悬梁臂(3)、永磁铁(4)、线圈(5)以及储能元件(6)，所述双夹具(2)包括相对设置且固定于支撑底座(1)上的上夹具与下夹具，所述悬梁臂(3)位于上夹具和下夹具之间且其一端与上夹具、下夹具的端部固定连接，所述永磁铁(4)设置于悬臂梁(3)另一端，所述线圈(5)固定于支撑底座(1)上且于永磁铁(4)位置相对应，所述储能元件(6)与线圈(5)相连接，所述上夹具与下夹具的相对截面为沿悬臂梁(3)延伸方向间距逐渐增加的平滑曲面，所述支撑底座(1)、双夹具(2)、线圈(5)均与振动源固结；悬臂梁(3)振动时与双夹具(2)的贴合情况共有三种，即完全贴合、临界贴合和不完全贴合，双夹具(2)上下截面曲线方程为上下完全对称且为四阶多项式函数，双夹具(2)上下截面曲线方程如下：y(s)＝a₁s+a₂s²+a₃s³+a₄s⁴(0≤s≤s₀)其中，s和y分别为双夹具(2)的截面曲线的横纵坐标，a_i(i＝1,2,3,4)表示多项式函数的系数，s₀为双夹具(2)的横向长度；完全贴合时，悬臂梁(3)与双夹具(2)由悬臂梁(3)的始端开始渐近贴合，即悬臂梁(3)有一微小弯曲时就与双夹具(2)贴合，且悬臂梁(3)的弯曲变形量越大，贴合区也越大，此时，悬臂梁(3)具有完全非线性刚度特性，双夹具(2)的截面曲线方程(1)满足：a₁＝a₂＝0,a₃＞0,a₄≥0临界贴合时，悬臂梁(3)在其弯曲变形量达到一定值后与双夹具(2)的始端开始渐近贴合，而悬臂梁(3)的弯曲变形量较小时两者是相互分离的，此时，悬臂梁(3)的刚度特性由一小段线性区与一段非线性区组成，双夹具(2)的截面曲线方程(1)满足：a₁＝a₄＝0,a₂＞0,a₂+3a₃L＞0其中，L为悬臂梁(3)的长度；不完全贴合时，悬臂梁(3)的弯曲变形量达到一定值后才与双夹具(2)开始贴合，但双夹具(2)的始端与悬臂梁(3)是始终分离的，此时，悬臂梁(3)的非线性刚度特性也包含一小段线性区，双夹具(2)的截面曲线方程(1)满足：其中，L为悬臂梁(3)的长度。