壓電俘能與主動(dòng)減振集成裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及壓電俘能和振動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是壓電俘能與主動(dòng)減振集成
目.0
[【背景技術(shù)】]
[0002]隨著能源危機(jī)加劇，節(jié)能是機(jī)械設(shè)計(jì)必須考慮的問題之一。而振動(dòng)能量回收是降低能耗和減少使用成本的一個(gè)有效方法。振動(dòng)能量俘獲裝置能夠回收無(wú)處不在的振動(dòng)能量，且同時(shí)抑制振動(dòng)，既是可控的阻尼器也是能量發(fā)生器。
[0003]目前振動(dòng)能量回收技術(shù)主要分為三種類型:(I)利用電磁換能裝置將振動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的電磁式；(2)利用靜電發(fā)生器將振動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的靜電式；(3)利用壓電材料的壓電效應(yīng)將振動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的壓電式。通過比較壓電式、電磁式和靜電式等能量回收方法的能量密度，發(fā)現(xiàn)壓電式能量回收方法具有更大的功率密度。而且，壓電式俘能裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于系統(tǒng)模塊化、集成化和微型化，有利應(yīng)用于工程實(shí)踐。
[0004]常用的壓電材料是鋯鈦酸鉛(PZT)，還有一種常用的壓電材料是聚偏氟乙稀(PVDF)，PVDF比PZT更柔韌。通過對(duì)振動(dòng)能量回收技術(shù)進(jìn)行綜合研宄，認(rèn)為能量回收裝置的設(shè)計(jì)具有非常關(guān)鍵的作用。壓電懸臂梁和壓電板是最基本的壓電振動(dòng)能量回收裝置結(jié)構(gòu)。人們?yōu)榱颂岣叻芷鞯男阅軐?duì)基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行了很多優(yōu)化設(shè)計(jì)，比如雙層壓電懸臂梁、變厚度梁和施加預(yù)應(yīng)力的壓電膜等。還有很多學(xué)者研宄利用共振提高壓電材料的變形幅度從而增加能量俘獲，設(shè)計(jì)了彈簧結(jié)構(gòu)、基于高分子聚合物結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力薄板結(jié)構(gòu)等降低俘能器的固有頻率，在低頻環(huán)境下具有更好的性能。也有人設(shè)計(jì)了一種按壓式圓盤壓電俘能裝置，該俘能裝置通過壓力變化觸發(fā)壓電發(fā)電。還有人設(shè)計(jì)了一個(gè)獨(dú)特的運(yùn)動(dòng)機(jī)械裝置，稱為機(jī)械運(yùn)動(dòng)整流器，能將上下振動(dòng)轉(zhuǎn)換為單向旋轉(zhuǎn)，研宄結(jié)果表明該設(shè)計(jì)在高頻時(shí)候能夠提高百分之六十的俘能效率。雖然研宄壓電俘能的人很多，但目前將壓電俘能和主動(dòng)減振集成還比較少，有人設(shè)計(jì)制作了集成到減振器的壓電俘能裝置，但該裝置只能在減振器壓縮狀態(tài)俘獲能量，也未采用俘能效率更高的壓電俘能結(jié)構(gòu)，而且俘能裝置在結(jié)構(gòu)上與減振器串聯(lián)，占用空間大，減少了減振器有效行程。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005]本發(fā)明的目的就是要解決上述的不足而提供一種壓電俘能與主動(dòng)減振集成裝置，克服了現(xiàn)有壓電俘能裝置俘能效率低、俘能與減振功能集成度不高、空間占用大的問題，且結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)能可靠。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的設(shè)計(jì)壓電俘能與主動(dòng)減振集成裝置，包括內(nèi)套1、外套6和電控模塊，所述外套6套設(shè)于內(nèi)套I的外部并與之同軸，所述內(nèi)套I設(shè)有多個(gè)，所述多個(gè)內(nèi)套I依次套裝在內(nèi)缸5的外壁，所述內(nèi)套I由內(nèi)套基體2和壓電梁3組成，所述壓電梁3設(shè)有多個(gè)，所述多個(gè)壓電梁3沿周向安置在內(nèi)套基體2上，所述壓電梁3上布置有永磁鐵4，所述外套6設(shè)有多個(gè)，所述多個(gè)外套6依次安裝在外缸7的內(nèi)壁，所述外套6由外套基體8和電磁鐵9組成，所述電磁鐵9嵌裝在外套基體8上，所述壓電梁3、電磁鐵9分別與電控模塊電連接。
[0007]所述壓電梁3等角度圓周陣列安置在內(nèi)套基體2上，所述壓電梁3相互之間的電連接為并聯(lián)或串聯(lián)。
[0008]所述壓電梁3由壓電梁本體10和兩塊金屬板11組成，所述金屬板11對(duì)稱設(shè)置在壓電梁本體10的上下兩側(cè)，所述壓電梁本體10采用壓電材料制成。
[0009]所述壓電梁3簡(jiǎn)支固定在內(nèi)套基體2上，所述內(nèi)套基體2兩端設(shè)有凸起、中部設(shè)有凹陷，所述壓電梁3左右兩端均擱置于內(nèi)套基體2兩端的凸起處，所述永磁鐵4安置在壓電梁3中部。
[0010]所述壓電梁3懸臂固定在內(nèi)套基體2上，所述內(nèi)套基體2兩端設(shè)有凸起、中部設(shè)有凹陷，所述壓電梁3—端擱置于內(nèi)套基體2端部的凸起處，所述壓電梁3另一端懸于內(nèi)套基體2中部的凹陷處，所述永磁鐵4安置在壓電梁3的懸臂端。
[0011]所述電磁鐵9等角度圓周陣列嵌裝在外套基體8上，所述電磁鐵9數(shù)量與永磁鐵
4數(shù)量一致，所述電磁鐵9與永磁鐵4安裝位置--對(duì)應(yīng)但無(wú)接觸，所述每對(duì)電磁鐵9與永磁鐵4磁極方向在同一平面且垂直于振動(dòng)方向。
[0012]所述壓電梁本體10采用鋯鈦酸鉛或聚偏氟乙稀制成，所述內(nèi)套基體2采用非鐵磁性材料制成。
[0013]所述電控模塊將俘獲的交流電轉(zhuǎn)換為直流電并進(jìn)行放大處理，所述電控模塊中輸入并存儲(chǔ)有控制程序。
[0014]本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，結(jié)構(gòu)新穎、簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，由于集成了能量俘獲和振動(dòng)控制的功能，也方便集成到減振器邊壁，與其它如電/磁流變體等智能材料結(jié)合實(shí)現(xiàn)減振器阻尼多級(jí)可調(diào)，該電磁鐵和永磁鐵的接近-遠(yuǎn)離將上下的振動(dòng)轉(zhuǎn)換為垂直于振動(dòng)方向的周期性磁力壓迫，無(wú)論振動(dòng)方向如何，都有磁力作用，可以俘獲更多能量，而且無(wú)接觸，幾乎消除了碰撞、摩擦等導(dǎo)致的能量損失，具有更高的能量俘獲效率，通過控制電磁鐵磁場(chǎng)從而改變等效阻尼力實(shí)現(xiàn)振動(dòng)的主動(dòng)控制具有更好的減振性能；此外，本發(fā)明中壓電梁產(chǎn)生的電能經(jīng)過電控模塊處理后，可以直接利用或存儲(chǔ)，當(dāng)需要時(shí)使用。
[【附圖說明】]
[0015]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)半剖示意圖；
[0016]圖2是圖1中A部分的放大圖；
[0017]圖3是本發(fā)明中壓電梁與電磁鐵圓周陣列分布示意圖；
[0018]圖4是本發(fā)明中壓電梁及內(nèi)缸結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖5是本發(fā)明中一種壓電梁布置方式簡(jiǎn)支壓電梁結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖6是本發(fā)明中另一種壓電梁布置方式懸臂壓電梁結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖7是本發(fā)明中外缸半剖結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖8是本發(fā)明的電連接示意圖；
[0023]圖中:1、內(nèi)套2、內(nèi)套基體3、壓電梁4、永磁鐵5、內(nèi)缸6、外套7、外缸8、外套基體9、電磁鐵10、壓電梁本體11、金屬板。
[【具體實(shí)施方式】]
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作以下進(jìn)一步說明:
[0025]如附圖所示，本發(fā)明包括:內(nèi)套1、外套6和電控模塊，外套6套設(shè)于內(nèi)套I的外部并與之同軸，內(nèi)套I設(shè)有多個(gè)，多個(gè)內(nèi)套I依次套裝在內(nèi)缸5的外壁，內(nèi)套I由內(nèi)套基體2和壓電梁3組成，壓電梁3設(shè)有多個(gè)，多個(gè)壓電梁3沿周向安置在內(nèi)套基體2上，壓電梁3上布置有永磁鐵4，外套6設(shè)有多個(gè)，多個(gè)外套6依次安裝在外缸7的內(nèi)壁，外套6由外套基體8和電磁鐵9組成，電磁鐵9嵌裝在外套基體8上，壓電梁3、電磁鐵9分別與電控模塊電連接。
[0026]本發(fā)明中，內(nèi)套I中內(nèi)套基體2采用鋁合金或其他非鐵磁性材料制成，壓電梁3等角度圓周陣列安置在內(nèi)套基體2上，壓電梁3可以為4個(gè)、8個(gè)或16個(gè)等，壓電梁3相互之間的電連接可以為并聯(lián)或串聯(lián)；該壓電梁3由壓電梁本體10和兩塊金屬板11組成，金屬板11對(duì)稱設(shè)置在