[实用新型]一种旋转式多方向势垒可变双稳态振动能量采集装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及新型能源领域，特别涉及一种旋转式多方向双稳态振动能量采集装置。

背景技术

压电式振动能量采集装置由于结构相对简单紧凑、无需用外部电源而收到广泛关注。而基于磁力的双稳态振动能量采集装置由于其在低频环境下能大幅提高输出能量效率和拓宽频域而成为研究热点。

目前存在的双稳态振动能量采集装置，势垒固定，对于达不到阈值的激励，双稳态能量采集装置能量转换效率极低，因此设计一种势垒可变的双稳态振动能量采集装置对于提高能量转换效率是有重要意义的。而高毓璣所提出的弹性支撑的双稳态能量采集装置振动中势垒的变化是随机的，可能导致悬臂梁和外磁铁同时处于大势垒或小势垒，从而导致此时能量转换效率较低(高毓璣，冷永刚，范胜波等，弹性支撑双稳压电悬臂梁振动响应及能量采集研究[J]，物理学报，2014,，63(9)：90501-090501)。

目前存在的双稳态振动能量采集装置大多为单方向，且采集方向相对固定。而环境中的振动通常为多方向的，且不同环境相对最优的方向不同。因此设计一种能够采集多方向振动能量、可调整采集方向的双稳态振动能量采集装置对于提高能量转换效率是有重要意义的。

发明内容

本实用新型提供一种旋转式多方向势垒可变双稳态振动能量采集装置，以解决目前势垒固定双稳态振动能量采集装置存在的对于达不到阈值的激励、能量转换效率极低的问题。

本实用新型采取的技术方案是：由单体势垒可变双稳态振动能量采集装置、底座和紧固螺母组成，所述单体势垒可变双稳态振动能量采集装置的数量为2个以上，底座设有中心杆和环形槽，环形槽个数与单体势垒可变双稳态振动能量采集装置的个数一致，单体势垒可变双稳态振动能量采集装置通过环形槽并用紧固螺母与底座固定连接；

本实用新型所述单体势垒可变双稳态振动能量采集装置包括基座、调节装置、固定块、固定螺钉和采集装置，其中采集装置一端由固定块、固定螺钉固定于基座上，调节装置与基座连接，固定块与中心杆转动连接，固定块的细杆用于与紧固螺母连接；

本实用新型所述调节装置包括调节盒、螺纹调节杆、调节基座、压块、压块螺钉、弹性梁和下磁铁；其中弹性梁一端粘有下磁铁，另一端夹在调节基座和压块间、并用压块螺钉固定，调节基座、压块和压块螺钉均置于调节盒中，左侧螺纹调节杆通过与调节盒的圆形螺纹孔的螺纹连接，与调节基座相连，右侧弹性梁通过调节盒的矩形槽伸出，调节盒左侧设有滑块，置于基座的导轨中，并用基座压块和基座压块螺钉固定，左侧设有弹簧夹，与基座的等间距的卡槽配合。

本实用新型所述弹性梁采用聚甲基丙烯酸甲酯PMMA。

本实用新型所述采集装包括压电片、悬臂梁、磁铁固定块和上磁铁；其中压电片粘于悬臂梁上，磁铁固定块粘于悬臂梁自由端上，上磁铁粘于磁铁固定块上，所述上磁铁与下磁铁磁极相斥放置。

本实用新型的有益效果在于：通过阵列式的单体势垒可变双稳态振动能量采集装置可绕中心杆在环形槽中旋转，从而实现采集多方向振动能量并且可调整采集方向以达到最优，以提高能量转换效率；通过调节装置中的弹性梁可实现双稳态振动能量采集中的势垒可变，并且可通过调节装置使上下磁铁间距和弹性梁刚度在不同振动环境下均能达到最优，以进一步提高能量转换效率。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型单体势垒可变双稳态振动能量采集装置为2个时的结构示意图；

图3是本实用新型单体势垒可变双稳态振动能量采集装置的基座结构示意图；

图4是本实用新型基座与调节装置局部剖视图；

图5是本实用新型调节装置剖视图；

图6是在磁铁间距d＝5.60mm，外界激励振幅A＝5mm，频率f＝pi rad/s的条件下，势垒固定和势垒可变双稳态振动能量采集装置的位移时域图；

图7为在外界激励振幅A＝5mm时，势垒固定和势垒可变双稳态振动能量采集装置均取最优磁铁间距时的位移频谱图；