[发明专利]一种低频隔振与压电俘能耦合装置

说明书

本发明公开了一种低频隔振与压电俘能耦合装置，由准零刚度低频隔振器和压电俘能装置耦合组成。所述的准零刚度低频隔振器应用正负刚度并联原理，采用凸轮滚子负刚度结构与正刚度结构并联。所述的压电俘能装置应用正压电效应，采用PVDF压电薄膜与负刚度结构耦合构成。本发明可以将生活中无益的振动能量收集转化为可利用的电能，正负刚度并联可以扩大其隔振频带，使其在低频范围也具有良好的隔振和俘能性能。本发明将低频隔振器与压电俘能装置结合，兼具振动抑制与能量收集的双重功能，与现有技术相比具有创新性，适合各种情境下的隔振俘能，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及振动控制与利用领域，具体涉及一种低频隔振与压电俘能耦合装置，可以有效地隔离低频振动并将振动能量转化为电能。本发明由低频隔振器与压电俘能装置耦合而成，既能有效隔离低频振动又能将振动能量转化为电能，结构简单合理且有效，符合环保和可持续发展理念。

背景技术

振动是自然界最普遍的现象之一，人们的生活离不开振动，生活中的声、光、热等基本物理现象都包含振动。振动在现代社会中的应用也很广泛，但在大部分情况下，振动被认为是消极因素，振动会影响精密仪器设备的功能，降低加工的精度和光洁度；振动还会加剧机械构件的疲劳磨损从而会缩短机械的使用寿命；振动引发的共振还会导致结构的变形破坏，引发灾难性的后果。

随着人们对工作环境和生活质量要求的日益提高，解决机械或结构的振动与噪声问题愈来愈受到人们的关注和重视。减振隔振技术是抑制振动危害的主要手段。由经典的隔振理论已经证明：不管是主动隔振还是被动隔振，只有当激励频率大于倍的系统固有频率时，系统才有隔振效果。因此，对于中高频振动，用传统的线性弹簧就可以有效隔离振动。但对于低频隔振问题，最有效的方法是降低隔振系统的固有频率从而扩大隔振频带，降低固有频率的有效手段是在线性弹簧基础上并联负刚度结构以降低系统刚度，甚至达到准零刚度。既保证承载能力，又能在振动时保持极低的刚度，做到“高静低动”。

目前已有将振动能量转化为电能的压电俘能器，但是对低频振动的能量收集利用还未出现相关的设备。本发明提出了一种新型的压电俘能与低频隔振结合的压电俘能器，可以将低频振源产生的振动能量有效地隔离，同时驱动压电俘能装置对能量进行转化收集。本发明结构简单合理，压电薄膜与低频隔振器的结合方式简单可靠且不会对机械设备产生干扰，具有创新性、实用性，符合环保和可持续发展要求，整体加工制造方便，易于实现商业化。

发明内容

本发明提出了一种低频隔振与压电俘能耦合装置，提供一种兼具振动治理与能量再利用的装置。

该装置的主体部分是一个准零刚度低频隔振器，采用正负刚度并联的原理，使得隔振器在静平衡位置处于零刚度，从而能在零刚度范围内实现低频隔振，提高了隔振频率范围，正负刚度结构的弹簧可以通过调节装置调节刚度以满足不同的承载与隔振要求；压电部分应用正压电原理，采用负刚度结构与PVDF压电薄膜结合将机械能转化为电能，可为小功率电子元件提供动力源。

为实现上述功能要求，本发明采取以下技术方案予以实现。