本發(fā)明涉及能量采集，具體涉及一種二自由度隨動(dòng)壓電振動(dòng)能量采集器。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)前，通過(guò)采集微電子器件工作環(huán)境中的振動(dòng)能，從而將其轉(zhuǎn)換成電能的方式，已成為一種新的研究趨勢(shì)和熱點(diǎn)研究問(wèn)題，對(duì)于壓電振動(dòng)能量采集器而言，壓電振子的固有頻率與開(kāi)路輸出電壓是衡量其工作效率的重要輸出參數(shù)。

2、傳統(tǒng)的壓電振動(dòng)能量收集裝置固有頻率較高，能量采集頻帶窄，且不能在多方向的振動(dòng)環(huán)境中采集振動(dòng)能量，這些因素直接導(dǎo)致了壓電振動(dòng)能量采集器輸出電能較小這一弊端，也嚴(yán)重限制了壓電振動(dòng)能量收集器的使用范圍。常見(jiàn)的擴(kuò)展頻帶方法有線性拓頻與非線性拓頻兩種方式，其中非線性拓頻方法拓寬了能量采集頻帶，提高了能量收集效率，且易于集成化，因此非線性拓頻方法更加適用于實(shí)際應(yīng)用環(huán)境。并且在實(shí)際振動(dòng)環(huán)境中，振動(dòng)的方向往往是不固定的，尤其是當(dāng)振動(dòng)激勵(lì)方向與懸臂梁的法線方向不一致時(shí)，其能量收集效率將急劇下降。所以，應(yīng)尋求設(shè)計(jì)多方向調(diào)節(jié)的壓電振動(dòng)能量收集裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

2、一種二自由度隨動(dòng)壓電振動(dòng)能量采集器，包括：

3、能量采集機(jī)構(gòu)，所述能量采集機(jī)構(gòu)包括外懸臂梁，所述外懸臂梁的一側(cè)固定連接有側(cè)板，所述側(cè)板的一側(cè)固定連接有連接軸，所述連接軸的一側(cè)貫穿固定連接有連桿，所述連桿的下端固定連接有擺錘，所述側(cè)板的另一側(cè)固定連接有內(nèi)懸臂梁，所述內(nèi)懸臂梁遠(yuǎn)離連接軸的一側(cè)固定連接有內(nèi)梁動(dòng)磁鐵，所述外懸臂梁的內(nèi)壁一側(cè)固定連接有外梁動(dòng)磁鐵，所述內(nèi)梁動(dòng)磁鐵、外梁動(dòng)磁鐵和連接軸排列在一條直線上，所述內(nèi)懸臂梁與外懸臂梁的頂部?jī)蓚?cè)均固定連接有壓電片；所述連接軸的中部貫穿轉(zhuǎn)動(dòng)連接有豎板，所述豎板的底部固定連接有底板，所述底板的下方設(shè)置有支撐機(jī)構(gòu)。

4、當(dāng)環(huán)境中產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，利用慣性擺錘隨動(dòng)適應(yīng)不同工況激振狀態(tài)變化的特性，由其帶動(dòng)連接軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)壓電耦合懸臂梁轉(zhuǎn)動(dòng)，以滿足不同激振環(huán)境下最大振動(dòng)能采集需求；同時(shí)通過(guò)兩動(dòng)磁鐵的非線性磁斥力作用增加壓電耦合懸臂梁振動(dòng)幅度，并拓展系統(tǒng)能量采集頻帶，使系統(tǒng)能夠在較寬頻帶收集到更大的振動(dòng)能量，通過(guò)壓電效應(yīng)將其充分轉(zhuǎn)化為電能供給用電設(shè)備。對(duì)于當(dāng)前基于線性振動(dòng)、定向式的壓電式能量俘獲機(jī)構(gòu)在很多應(yīng)用場(chǎng)合存在較大局限性的現(xiàn)狀，本發(fā)明給出的一種二自由度隨動(dòng)壓電振動(dòng)能量采集器將有效的提升系統(tǒng)振動(dòng)能量采集的效率。

5、優(yōu)選的，所述支撐機(jī)構(gòu)包括安裝板，所述安裝板的頂部?jī)蓚?cè)均固定連接有固定桿，所述固定桿的頂部固定連接有支撐板，所述底板的底部貼合支撐板的頂部。

6、優(yōu)選的，所述安裝板的頂部?jī)蓚?cè)均固定連接有固定板14，所述底板的兩側(cè)滑動(dòng)連接固定板14的內(nèi)側(cè)面。

7、優(yōu)選的，所述安裝板的表面四角均開(kāi)設(shè)有安裝孔。

8、優(yōu)選的，所述擺錘的形狀呈橢球形。

9、優(yōu)選的，所述安裝板的頂部?jī)蓚?cè)均固定連接有固定板15，所述固定板15的內(nèi)側(cè)面固定連接有彈簧桿，所述彈簧桿遠(yuǎn)離固定板15的一側(cè)固定連接有緩沖板，所述底板的側(cè)面貼合緩沖板遠(yuǎn)離彈簧桿的一側(cè)。

10、優(yōu)選的，所述底板的底部開(kāi)設(shè)有t型滑槽，所述支撐板的頂部固定連接有t型滑塊，所述t型滑塊滑動(dòng)連接t型滑槽的內(nèi)壁，所述底板的底部滑動(dòng)連接支撐板的頂部。

11、在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明提供的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

12、1、通過(guò)設(shè)置能量采集機(jī)構(gòu)，當(dāng)設(shè)備產(chǎn)生震動(dòng)時(shí)，連桿和擺錘左右擺動(dòng)帶動(dòng)內(nèi)懸臂梁和和外懸臂梁一起擺動(dòng)，保證能夠?qū)崟r(shí)獲取最大激振力方向，同時(shí)通過(guò)內(nèi)梁動(dòng)磁鐵和外梁動(dòng)磁鐵間的非線性磁斥力使得耦合系統(tǒng)頻帶拓展、振動(dòng)幅值增大，從而獲得更大的振動(dòng)能量，以滿足高效供電需求。

13、2、通過(guò)設(shè)置支撐機(jī)構(gòu)和緩沖板，底板滑動(dòng)時(shí)消耗橫向震動(dòng)的動(dòng)能，且兩側(cè)緩沖板起到緩震和阻擋作用，減少橫向震動(dòng)對(duì)擺錘擺動(dòng)的干擾，彈簧桿在伸縮滑動(dòng)時(shí)內(nèi)壁的阻尼起到消耗動(dòng)能的作用，使底板快速穩(wěn)定下來(lái)，使得與擺錘擺動(dòng)方向一致的激振力能夠直接傳導(dǎo)到擺錘上，減少非必要的震動(dòng)避免干擾，提高能量采集裝置的能量轉(zhuǎn)換效率。

技術(shù)特征：

1.一種二自由度隨動(dòng)壓電振動(dòng)能量采集器，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二自由度隨動(dòng)壓電振動(dòng)能量采集器，其特征在于：擺錘(3)與連桿(5)的擺動(dòng)帶動(dòng)連接軸(4)，側(cè)板(2)，外懸臂梁(1)，內(nèi)懸臂梁(6)，內(nèi)梁動(dòng)磁鐵(7)和外梁動(dòng)磁鐵(8)整體同步轉(zhuǎn)動(dòng)，兩動(dòng)磁鐵磁極相反布置，產(chǎn)生磁斥力，從而增加內(nèi)、外懸臂梁振動(dòng)變形并有效拓展電能采集頻帶。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二自由度隨動(dòng)壓電振動(dòng)能量采集器，其特征在于：擺錘(3)可根據(jù)環(huán)境振動(dòng)激勵(lì)方向調(diào)整外懸臂梁(1)，內(nèi)懸臂梁(6)振動(dòng)方向，從而獲取最大振動(dòng)能量。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二自由度隨動(dòng)壓電振動(dòng)能量采集器，其特征在于：所述支撐機(jī)構(gòu)包括安裝板(13)，所述安裝板(13)的頂部?jī)蓚?cè)均固定連接有固定桿(18)，所述固定桿(18)的頂部固定連接有支撐板(21)，所述底板(12)的底部貼合支撐板(21)的頂部。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種二自由度隨動(dòng)壓電振動(dòng)能量采集器，其特征在于：所述安裝板(13)的頂部?jī)蓚?cè)均固定連接有固定板(14)，所述底板(12)的兩側(cè)滑動(dòng)連接固定板(14)的內(nèi)側(cè)面。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種二自由度隨動(dòng)壓電振動(dòng)能量采集器，其特征在于：所述安裝板(13)的表面四角均開(kāi)設(shè)有安裝孔。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二自由度隨動(dòng)壓電振動(dòng)能量采集器，其特征在于：所述擺錘(3)的形狀呈橢球形。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種二自由度隨動(dòng)壓電振動(dòng)能量采集器，其特征在于：所述安裝板(13)的頂部?jī)蓚?cè)均固定連接有固定板(15)，所述固定板(15)的內(nèi)側(cè)面固定連接有彈簧桿(16)，所述彈簧桿(16)遠(yuǎn)離固定板(15)的一側(cè)固定連接有緩沖板(17)，所述底板(12)的側(cè)面貼合緩沖板(17)遠(yuǎn)離彈簧桿(16)的一側(cè)。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種二自由度隨動(dòng)壓電振動(dòng)能量采集器，其特征在于：所述底板(12)的底部開(kāi)設(shè)有t型滑槽(20)，所述支撐板(21)的頂部固定連接有t型滑塊(19)，所述t型滑塊(19)滑動(dòng)連接t型滑槽(20)的內(nèi)壁，所述底板(12)的底部滑動(dòng)連接支撐板(21)的頂部。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種二自由度隨動(dòng)壓電振動(dòng)能量采集器，具體涉及能量采集技術(shù)領(lǐng)域，包括能量采集機(jī)構(gòu)，能量采集機(jī)構(gòu)包括外懸臂梁，外懸臂梁的一側(cè)固定連接有側(cè)板，側(cè)板的一側(cè)固定連接有連接軸，連接軸的一側(cè)貫穿固定連接有連桿，連桿的下端固定連接有擺錘，側(cè)板的另一側(cè)固定連接有內(nèi)懸臂梁，內(nèi)懸臂梁遠(yuǎn)離連接軸的一側(cè)固定連接有內(nèi)梁動(dòng)磁鐵，外懸臂梁的內(nèi)壁一側(cè)固定連接有外梁動(dòng)磁鐵，內(nèi)梁動(dòng)磁鐵與外梁動(dòng)磁鐵和連接軸排列在一條直線上，內(nèi)懸臂梁的頂部與外懸臂梁的頂部?jī)蓚?cè)均固定連接有壓電片，解決了自然環(huán)境中因能量采集頻帶窄，振動(dòng)能量方向發(fā)散從而不能有效的被能量采集機(jī)構(gòu)收集，進(jìn)而導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)換效率低的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：高全福,宋世龍,石慧榮,宋偉立,王浩祥,李靈鷺,李夢(mèng)強(qiáng),楊景彤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘭州交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21