一種l型梁結(jié)構(gòu)內(nèi)共振寬頻振動(dòng)能量采集器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種L型梁結(jié)構(gòu)內(nèi)共振寬頻振動(dòng)能量采集器。
【背景技術(shù)】
[0002]振動(dòng)能量普遍存在于各種工業(yè)機(jī)械振動(dòng)中，通過(guò)能量采集器可以將振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，達(dá)到儲(chǔ)存電能或?yàn)殡娮酉到y(tǒng)供電的目的。振動(dòng)能量采集器是一種將機(jī)械振蕩器耦合到一個(gè)機(jī)電轉(zhuǎn)換機(jī)制的電路中，從而實(shí)現(xiàn)振動(dòng)能量采集的裝置。目前包括電磁式、壓電式或者磁電式幾種。研宄發(fā)現(xiàn)，對(duì)于現(xiàn)有的能量采集器，還存在能量采集頻率帶寬較窄，激勵(lì)頻率在能量采集器固有頻率附近的微小偏移都將極大地削弱能量采集效率，能量采集器結(jié)構(gòu)單一，能量采集效率低等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提出一種L型梁結(jié)構(gòu)內(nèi)共振寬頻振動(dòng)能量采集器，目的在于解決現(xiàn)有能量采集器普遍存在的能量采集頻率帶寬較窄，能量采集效率低等冋題。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
一種L型梁結(jié)構(gòu)內(nèi)共振寬頻振動(dòng)能量采集器，由L型梁、壓電陶瓷晶片、下永磁體、上永磁體、質(zhì)量塊、引出電路和絕緣基臺(tái)組成；所述L型梁的豎直梁的下端用絕緣基臺(tái)夾緊，通過(guò)絕緣基臺(tái)連接于需要實(shí)現(xiàn)振動(dòng)能量采集的結(jié)構(gòu)中；所述壓電陶瓷晶片固定在L型梁的豎直梁靠近下部固定端的外表面處；所述引出電路連接在壓電陶瓷晶片上，所述下永磁體固定在L型梁的水平梁靠近直角處，在下永磁體豎直上方一定距離固定一個(gè)與下永磁體磁極相反的上永磁體；所述質(zhì)量塊固定于L型梁水平梁自由端處。
[0005]所述壓電陶瓷晶片使用PZT-5A層狀壓電片，所述L型梁采用不銹鋼材料制成。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明利用多自由度非線性系統(tǒng)振動(dòng)所特有的內(nèi)共振現(xiàn)象，設(shè)計(jì)特有的L型梁結(jié)構(gòu)，并利用磁鐵的調(diào)頻作用，可以調(diào)節(jié)前兩階模態(tài)頻率為整數(shù)或近似整數(shù)倍關(guān)系，產(chǎn)生整數(shù)倍關(guān)系的內(nèi)共振，使能量在兩階模態(tài)間轉(zhuǎn)化，拓寬了振動(dòng)能量采集器的頻率采集帶寬，從而可以極大地提高能量采集效率；結(jié)構(gòu)中所采用的層狀壓電片也非常有利于能量采集效率的提高。由于該能量采集器結(jié)構(gòu)輕便、簡(jiǎn)捷、易于實(shí)現(xiàn)，因此可以廣泛地應(yīng)用于汽車(chē)、輪船等機(jī)械領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是L型梁結(jié)構(gòu)內(nèi)共振寬頻振動(dòng)能量采集器靜止?fàn)顟B(tài)下的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施例作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0009]如圖1所示，一種L型梁結(jié)構(gòu)內(nèi)共振寬頻振動(dòng)能量采集器，由L型梁1、壓電陶瓷晶片2、下永磁體3、上永磁體4、質(zhì)量塊5、引出電路6和絕緣基臺(tái)7組成；所述L型梁I的豎直梁的下端用絕緣基臺(tái)7夾緊，通過(guò)絕緣基臺(tái)7連接于需要實(shí)現(xiàn)振動(dòng)能量采集的結(jié)構(gòu)中；所述壓電陶瓷晶片2固定在L型梁I的豎直梁靠近下部固定端的外表面處；所述引出電路6連接在壓電陶瓷晶片2上，所述下永磁體3固定在L型梁I的水平梁靠近直角處，在下永磁體3豎直上方一定距離固定一個(gè)與下永磁體3磁極相反的上永磁體4 ;所述質(zhì)量塊5固定于L型梁I水平梁自由端處。
[0010]所述壓電陶瓷晶片2使用PZT-5A層狀壓電片，所述L型梁I采用不銹鋼材料制成。
[0011]本發(fā)明L型梁結(jié)構(gòu)內(nèi)共振寬頻振動(dòng)能量采集器的工作原理如下:當(dāng)需要實(shí)現(xiàn)能量采集的結(jié)構(gòu)發(fā)生振動(dòng)時(shí)，將通過(guò)絕緣基臺(tái)7使L型梁I 一起發(fā)生振動(dòng)。由于L型梁I結(jié)構(gòu)本身的特性，在振動(dòng)激勵(lì)下，將會(huì)有兩個(gè)主振型。通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)永磁體之間的距離d，可以調(diào)節(jié)采集器回復(fù)力，使得這兩階模態(tài)頻率為整數(shù)或近似整數(shù)倍關(guān)系，產(chǎn)生多自由度非線性系統(tǒng)振動(dòng)所特有的內(nèi)共振現(xiàn)象，使能量在兩階模態(tài)間相互轉(zhuǎn)化，從而可以極大地拓寬能量采集頻率帶寬。粘貼在L型梁I表面的壓電陶瓷晶片2在此振動(dòng)過(guò)程中受到外力作用，可以將振動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能，并通過(guò)引出電路6將電能儲(chǔ)存起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)能量采集。由于該壓電陶瓷晶片2設(shè)計(jì)為層狀，因此可以提高能量采集效率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種L型梁結(jié)構(gòu)內(nèi)共振寬頻振動(dòng)能量采集器，其特征在于:由L型梁(I )、壓電陶瓷晶片(2)、下永磁體(3)、上永磁體(4)、質(zhì)量塊(5)、引出電路(6)和絕緣基臺(tái)(7)組成；所述L型梁(I)的豎直梁的下端用絕緣基臺(tái)(7)夾緊，通過(guò)絕緣基臺(tái)(7)連接于需要實(shí)現(xiàn)振動(dòng)能量采集的結(jié)構(gòu)中；所述壓電陶瓷晶片(2)固定在L型梁(I)的豎直梁靠近下部固定端的外表面處；所述引出電路(6)連接在壓電陶瓷晶片(2)上，所述下永磁體(3)固定在L型梁(I)的水平梁靠近直角處，在下永磁體(3)豎直上方一定距離固定一個(gè)與下永磁體(3)磁極相反的上永磁體(4);所述質(zhì)量塊(5)固定于L型梁(I)水平梁自由端處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的L型梁結(jié)構(gòu)內(nèi)共振寬頻振動(dòng)能量采集器，其特征在于:所述壓電陶瓷晶片(2)使用PZT-5A層狀壓電片，所述L型梁(I)采用不銹鋼材料制成。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種L型梁結(jié)構(gòu)內(nèi)共振寬頻振動(dòng)能量采集器，由L型梁、壓電陶瓷晶片、下永磁體、上永磁體、質(zhì)量塊、引出電路和絕緣基臺(tái)組成；所述L型梁的豎直梁的下端用絕緣基臺(tái)夾緊，通過(guò)絕緣基臺(tái)連接于需要實(shí)現(xiàn)振動(dòng)能量采集的結(jié)構(gòu)中；所述壓電陶瓷晶片固定在L型梁的豎直梁靠近下部固定端的外表面處；所述引出電路連接在壓電陶瓷晶片上，所述下永磁體固定在L型梁的水平梁靠近直角處，在下永磁體豎直上方一定距離固定一個(gè)與下永磁體磁極相反的上永磁體；所述質(zhì)量塊固定于L型梁水平梁自由端處。由于該能量采集器結(jié)構(gòu)輕便、簡(jiǎn)捷、易于實(shí)現(xiàn)，因此可以廣泛地應(yīng)用于汽車(chē)、輪船等機(jī)械領(lǐng)域。
【IPC分類(lèi)】H02N2-18
【公開(kāi)號(hào)】CN104578910
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510008831
【發(fā)明人】陳立群, 姜文安, 張業(yè)偉, 丁虎, 李響
【申請(qǐng)人】上海大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月9日