[发明专利]双重梁互激式宽频多稳态升频振动能量采集器

说明书

本发明公开了一种双重梁互激式宽频多稳态升频振动能量采集器，包括外壳、驱动悬臂梁Ⅰ、驱动悬臂梁Ⅱ和两个高频压电悬臂梁；驱动悬臂梁Ⅰ的一端开口且自开口端向另一端延伸设置有用于容纳驱动悬臂梁Ⅱ的通槽，驱动悬臂梁Ⅰ的开口端紧固在外壳上，另一端固定有配重块及铷铁硼永磁体Ⅰ；所述驱动悬臂梁Ⅱ位于驱动悬臂梁Ⅰ的通槽内部，其一端紧固在外壳上，另一端固定有配重块及铷铁硼永磁体Ⅱ；所述两个高频压电悬臂梁对称布置于驱动悬臂梁Ⅰ的中性面两侧，通过外壳固定；在驱动悬臂梁Ⅰ外端延伸方向的外壳上固定有铷铁硼永磁体Ⅲ。本发明通过两个驱动悬臂梁的相互激励作用可以避免悬臂梁振子陷入某个外侧势阱而导致的振动能量采集器失效现象。

技术领域

本发明属于振动能量采集技术领域，具体涉及一种双重梁互激式宽频多稳态升频振动能量采集器。

背景技术

目前，公知的宽频多稳态升频压电振动能量采集器多是利用一个低频振子耦合环境中的振动，然后通过碰撞或磁力作用将低频振子的动能传递给具有高固有频率的压电单晶片悬臂梁，进而通过机电耦合产生电能。采集器的多稳态特性主要依靠外加的磁场作用。当稳态数量到达三个或以上时，需要至少两个外部独立磁铁来形成所需磁场。从系统势能的形式上看，这种采集器具有多个势阱。通过振子在多个势阱之间的振动(阱间振动)来实现宽频和大幅振动。需要注意的是，系统势能中各个势阱所对应的共振频率是不同的，外侧势阱内的共振频率远高于内侧势阱。当采集器振子的初始位置落于外侧势阱时，环境中的低频振动将很难再将振子激发出外侧势阱(因为振子的运动将不再受益于放大系数)。这时，采集器将无法继续工作。此外，两个外部独立磁铁的间距对采集器的动力特性具有显著影响，而这种影响往往并不是积极的。这使得小型振动能量采集器的生产过程中产生的微小制造误差会造成意想不到的不良结果。因此，简化多稳态升频振动能量采集器的磁场配置形式，开发能够充分利用磁场性能，拥有小型化设计潜力并能够克服外侧势阱对低频共振的阻碍作用的宽频多稳态升频振动能量采集器是十分必要的。

发明内容

为了克服现有的宽频多稳态升频振动能量采集器中外侧势阱对低频共振的阻碍作用，改进磁场设置复杂、利用率低，无法进一步小型化的缺陷，并进一步提高采集器在小激励下的输出效果，本发明提供一种双重梁互激式宽频多稳态升频振动能量采集器，该采集器通过两个驱动悬臂梁的相互激励作用可以避免悬臂梁振子陷入某个外侧势阱而导致的振动能量采集器失效现象。同时，采集器磁场的新型设计减少了产生多稳态特性所需外部永磁体的数量并提高了磁场利用率，从而降低了生产装配的难度，使得采集器可以进一步的小型化和集成化。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种双重梁互激式宽频多稳态升频振动能量采集器，包括外壳、驱动悬臂梁Ⅰ、驱动悬臂梁Ⅱ、铷铁硼永磁体Ⅰ、铷铁硼永磁体Ⅱ、铷铁硼永磁体Ⅲ、两个高频压电悬臂梁、以及配重块；

所述驱动悬臂梁Ⅰ的一端开口且自开口端向另一端延伸设置有用于容纳驱动悬臂梁Ⅱ的通槽，驱动悬臂梁Ⅰ的开口端紧固在外壳上，另一端固定有用于充当惯性质量的配重块及铷铁硼永磁体Ⅰ；所述驱动悬臂梁Ⅱ位于驱动悬臂梁Ⅰ的通槽内部，其一端紧固在外壳上，另一端固定有用于充当惯性质量的配重块及铷铁硼永磁体Ⅱ，且驱动悬臂梁Ⅰ和驱动悬臂梁Ⅱ在同一平面；所述两个高频压电悬臂梁对称布置于驱动悬臂梁Ⅰ的中性面两侧，通过外壳固定，与所述铷铁硼永磁体Ⅰ的上下表面在铅垂方向上相距一定距离；所述铷铁硼永磁体Ⅲ固定在驱动悬臂梁Ⅰ外端延伸方向上的外壳上；所述铷铁硼永磁体Ⅰ、铷铁硼永磁体Ⅱ和铷铁硼永磁体Ⅲ的极化方向相同，极化方向均垂直于驱动悬臂梁Ⅰ的中性面。

在上述技术方案中，所述驱动悬臂梁Ⅰ为C字形。

在上述技术方案中，所述驱动悬臂梁Ⅰ端部设置有两个配重块和一个铷铁硼永磁体Ⅰ，两个配重块对称固定在铷铁硼永磁体Ⅰ的上、下两侧。

本发明的优点和有益效果为：