[实用新型]浅势阱五稳态可切换型非线性宽频振动能量采集器

说明书

技术领域

本实用新型属于能量采集技术领域，尤其涉及一种浅势阱五稳态非线性宽频振动能 量采集器。

背景技术

目前，公知的宽频非线性压电振动能量采集器多是利用压电双晶片或压电单晶片悬 臂梁外加磁力作用形成非线性的系统回复力来获得较宽的振动频率范围和较高的输出电 压。其中，系统非线性恢复力的调整只能通过改变磁体的大小及分布位置来实现。按照 采集器振子形成的稳态个数区分，目前提出的宽频非线性压电振动能量采集器可划分为 单稳态、双稳态及三稳态三类。由于磁力的复杂性和本质非线性，这种粗放的结构调整 和优化方法限制了采集器输出性能的进一步提升，无法充分利用磁场的特性来提升其功 率密度、工作带宽和对环境中微弱激励的敏感性，限制了采集器的进一步小型化和高功 率化。与此同时，由于不同稳态类型所对应的最佳激励环境各有不同，单一稳态类型的 振动能量采集器在实际应用中将无法满足激励情况复杂多变的工程实际的需要。因此， 开发能够充分利用磁场性能，拥有更高功率密度和小型化设计潜力并能够简单切换稳态 类型的宽频非线性压电振动能量采集器是十分必要的。

实用新型内容

为了克服现有的宽频非线性压电振动能量采集器结构模式单一、功率密度低和无法 有效小型化的缺点，并进一步提高采集器在微小激励下的输出效果，本实用新型提供一 种浅势阱五稳态可切换型压电振动能量采集器，该采集器拥有创新的五稳态设计，以及 更高的磁场利用率和小型化潜力，在降低工作所需激励量级的同时还可以切换稳态类型， 以适应复杂激励环境的需要。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

浅势阱五稳态可切换型非线性宽频振动能量采集器，包括外壳(1)、压电悬臂梁(2)、 两个停止器(5)、两个永磁体Ⅰ(3)、两个永磁体Ⅱ(4)；所述压电悬臂梁(2)的 一端紧固在外壳(1)上，压电悬臂梁(2)的另一端固定有两个永磁体Ⅰ(3)，两个永 磁体Ⅰ对称固定在压电悬臂梁(2)的中性面的两个侧面上，两个永磁体Ⅰ异极相对，且 极化方向均垂直于压电悬臂梁的表面；两个永磁体Ⅱ(4)相对于压电悬臂梁的中性面对 称固定在外壳的内表面上，两个永磁体Ⅱ(4)异极相对，且极化方向均垂直于压电悬臂 梁的表面，且两个永磁体Ⅱ(4)与两个永磁体Ⅰ(3)的异极相对，两个停止器(5)对 称布置于压电悬臂梁(2)的中性面两侧并固定在外壳上，两个停止器均设置有用于与压 电悬臂梁2发生碰撞的碰撞位置a。

在上述技术方案中，所述压电悬臂梁2长度为90mm，宽15mm，厚0.3mm；两个永 磁体Ⅰ的体积相同，且均为10×5×1.5mm³，两个永磁体Ⅱ的体积相同，且均为 20×10×5mm³；两个永磁体Ⅱ的相对面间距为30mm，两个永磁体Ⅱ的左表面与永磁体Ⅰ 的右表面在水平方向上相距4mm。

在上述技术方案中，碰撞位置a与压电悬臂梁表面相距2.4mm，碰撞位置a与压电 悬臂梁的固定端的水平距离为35mm，压电悬臂梁的固定端为与外壳相连固定的压电悬 臂梁的一端。

在上述技术方案中，在两个停止器中分别设置了位置可调的螺钉(6)，用以调整螺 钉旋入端与压电悬臂梁表面的距离，以实现不同稳态的切换。

在上述技术方案中，螺钉(6)的旋入端与压电悬臂梁表面相距1.7mm，且螺钉的旋 入端与压电悬臂梁的固定端的水平距离为33mm，压电悬臂梁的固定端为与外壳相连固 定的压电悬臂梁的一端。

在上述技术方案中，在两个停止器中分别设置了千分尺顶杆结构(7)，所述千分尺 顶杆结构(7)包括螺杆(7-1)、固定套筒(7-2)、活动套筒(7-3)，固定套筒(7-2) 和活动套筒(7-3)上设置有刻度，螺杆(7-1)的一端与活动套筒(7-3)同轴固定，固定套 筒(7-2)同轴通过螺纹套接在螺杆(7-1)上，活动套筒(7-3)的一端同轴可旋转的套 接在固定套筒(7-2)上，固定套筒(7-2)与外壳(1)固定；通过旋拧活动套筒(7-3)， 并结合刻度可以精确的调整螺杆的旋入端与压电悬臂梁表面之间的距离，以实现不同稳 态的切换。

在上述技术方案中，两个永磁体Ⅰ均为铷铁硼永磁体。

在上述技术方案中，两个永磁体Ⅱ均为铷铁硼永磁体。

本实用新型的优点和有益效果为：