低频屈曲式双稳态压电俘能装置.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115001313A(43)申请公布日2022.09.02(21)申请号202210745361.3(22)申请日2022.06.28(71)申请人西北工业大学深圳研究院地址广东省深圳市南山区高新南4道虚拟大学园a311(72)发明人杜厚凡周生喜(74)专利代理机构西安弘理专利事务所61214专利代理师王敏强(51)Int.Cl.H02N2/18(2006.01)H02J7/00(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称低频屈曲式双稳态压电俘能装置(57)摘要本发明公开了低频屈曲式双稳态压电俘能装置，包括底座，底座上固定有背板，背板的两端固定有夹具；夹具上夹持有基底梁，基底梁呈屈曲式，基底梁上固定有质量块和压电片，压电片位于压电梁的端部；压电片通过导线连通储能电池。本发明的俘能装置通过引入非线性结构能拓宽频带，实现更宽的工作频带。多稳态的结构的引入，采集器产生单稳态、双稳态和三稳态等非线性振动特性,也可以达到提高能量采集器输出性能的目的。基底梁与质量块通过夹具夹持形成屈曲双稳态结构，通过质量块振动带动屈曲基底梁弯曲，基底梁根部的压电片发生形变，实现正压电效应，压电片储存的变形能转化为电能，实现发电。相比于其他能量俘获装置，其能量俘获效率更高。CN115001313ACN115001313A权利要求书1/1页1.低频屈曲式双稳态压电俘能装置，其特征在于，包括底座(9)，所述底座(9)上固定有背板(8)，所述背板(8)的两端固定有夹具(3)；所述夹具(3)上夹持有基底梁(5)，所述基底梁(5)呈屈曲式，所述基底梁(5)上固定有质量块(6)和压电片(7)，所述压电片(7)位于基底梁(5)的端部；所述压电片(7)通过导线(10)连通储能电池(11)。2.根据权利要求1所述的低频屈曲式双稳态压电俘能装置，其特征在于，所述底座(9)为截面呈圆弧面的结构，所述底座(9)的顶端呈平面。3.根据权利要求1所述的低频屈曲式双稳态压电俘能装置，其特征在于，所述夹具(3)和背板(8)上开设有螺纹通孔，所述夹具(3)通过螺栓(1)与螺母(2)的配合固定于背板(8)上。4.根据权利要求1所述的低频屈曲式双稳态压电俘能装置，其特征在于，所述夹具(3)为L型角铁，所述背板(8)的每端固定有两个夹具(3)，通过两个夹具(3)的作用固定基底梁(5)。5.根据权利要求1所述的低频屈曲式双稳态压电俘能装置，其特征在于，所述基底梁(5)为窄板结构。6.根据权利要求1或5所述的低频屈曲式双稳态压电俘能装置，其特征在于，所述基底梁(5)为黄铜材质。7.根据权利要求1所述的低频屈曲式双稳态压电俘能装置，其特征在于，所述质量块(6)固定于基底梁(5)的中间位置。8.根据权利要求1所述的低频屈曲式双稳态压电俘能装置，其特征在于，所述压电片(7)固定于基底梁(5)靠近底座(9)的端部。9.根据权利要求1所述的低频屈曲式双稳态压电俘能装置，其特征在于，所述压电片(7)为PZT‑5H压电陶瓷片。10.根据权利要求1所述的低频屈曲式双稳态压电俘能装置，其特征在于，所述压电片(7)的宽度与基底梁(5)的宽度相同。2CN115001313A说明书1/3页低频屈曲式双稳态压电俘能装置技术领域[0001]本发明属于能量俘获技术领域，涉及一种低频屈曲式双稳态压电俘能装置。背景技术[0002]近年来，能量俘获成为了学术界和工业界共同关注的前沿热点技术之一。其中振动能量俘获是目前研究广泛的一种低功耗电子设备自主供电技术，它为未来无线传感器网络技术和物联网技术持久可靠供电难题提供了解决方案。传统的传感系统的电池寿命有限、更换困难、成本较高，而且被使用过的电池也存在环境污染等问题；而传统的水力和风力发电等技术主要适用于大功率场合，造价昂贵且体积庞大，并不适用于低功耗电子设备供电。[0003]振动能量俘获的基本原理就是收集利用物体因外部运动产生的位移或变形所蕴含的能量，将其转化为电能。根据俘获机理主要分为三类：压电式、静电式和电磁感应式。压电式能量俘获是利用压电材料的正压电效应，将压电材料的变形能转化为电能；静电式振动能量俘获的基本原理是通过环境振动引起电容改变来产生电能；电磁式振动能量俘获的基本原理是利用法拉第电磁感应定理，即磁通量变化时产生电场。[0004]为了提高振动能量俘获的效率，研究员进行了广泛的创新和实验。传统的线性振动能量俘获只能在共振峰区域进行俘能，频带窄。大部分自然环境的振动都是随机的，如何能在更宽的工作频带进行能量俘获成为研究热点之一。发明内容[0005]本发明的目的是提供一种低频屈曲式双稳态压电俘能装置，通过引入非线性结构能拓宽频带，可以实现更宽的工作频带，能量俘获效率更高且稳定。[0006]本发