[发明专利]多稳态振动能量俘获结构

说明书

本发明公开了一种多稳态振动能量俘获结构，包括支座，支座上部和底部分别安装有夹板和滑槽；其中，夹板包括左夹板和右夹板，悬臂梁通过螺栓固定于左夹板与右夹板之间，悬臂梁端部连接有端部永磁铁；滑槽侧面设有延长孔，滑槽内安装有磁铁容器，底部永磁铁安装于磁铁容器内。本发明通过引入非线性磁力实现多稳态效应，有效提高了能量俘获效率和能量俘获器的工作频带。通过在滑槽中安装若干底部永磁铁引入非线性磁力，利用非线性磁力产生多稳态效应，在外界激励作用下，悬臂梁发生振动，悬臂梁振动过程中，基于正压电效应，将振动能量转化为电能。本发明易于实现和调整多稳态结构，能够有效地提高能量俘获效率以及拓宽能量俘获器的工作频带。

技术领域

本发明属于能量俘获的技术领域，具体涉及一种多稳态振动能量俘获结构。

背景技术

随着现代电子技术的发展，低能耗的微传感器和微机电系统被广泛应用于无线传感网络、环境监测、物联网和结构健康监测等社会生活的各个方面。目前，此类微型电子设备主要使用传统化学电池供能，但是，传统化学电池存在寿命短、对环境有污染和定期更换成本高的缺点。

绿色低碳环保成为了未来社会发展的必然趋势，可再生能源得到了国家与社会的高度重视。能量俘获技术是将环境中各种形式的能量，如光能、风能、热能和振动能量等，转化为电能并进行存储。振动能量作为自然界广泛存在的一种能量，基于正压电效应或电磁感应定律将其转化为电能进行存储与使用，是一种能量俘获的有效途径。

如何提高能量俘获的效率成为了近年来研究热点之一。传统的线性能量俘获器工作频带有限，只在其共振频率附近才能有较高的能量俘获效率。然而，环境中振动源往往是宽频带的随机振动，频率匹配很难实现。为了提高能量俘获器在宽频带的外界振动源激励下的能量俘获效率，基于磁力非线性能量俘获结构得到了众多能量俘获技术领域研究者的关注。

通过引入非线性磁力使能量俘获器形成多稳态特征是目前提高能量俘获器的频带特性的常用方法。然而，现有的多稳态能量俘获结构的多稳态效果不易实现且难以调节，在实际应用中存在问题。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种多稳态振动能量俘获结构，通过非线性磁力形成多稳态特征，提高能量俘获效率。相比目前常见的能量俘获装置，本发明的能量俘获效率更高，工作频带更宽，且多稳态结构的实现和调节更加方便。

本发明的技术方案是：一种多稳态振动能量俘获结构，其特征在于：包括支座、夹板、悬臂梁、滑槽、端部永磁铁、N个底部永磁铁和N个磁铁容器,N≥3；

所述支座用于固定和支撑整个装置，所述滑槽水平固定于所述支座上；所述滑槽为中空且上端开口的长方体结构，其开口端的两个相对长边为凹弧面；所述底部永磁铁为块状结构，安装于所述磁铁容器内，并通过磁铁容器沿所述滑槽凹弧面固定于开口端；

所述悬臂梁通过所述夹板竖直固定于所述支座上、并位于所述滑槽正上方的中心处，其顶端与夹板固定连接，末端固定有端部永磁铁；所述端部永磁铁与所述滑槽内的底部永磁铁相对设置，即相对面为相同极性能够产生斥力，保证所述悬臂梁振动时其末端的端部永磁铁与滑槽凹弧面的距离保持不变，进一步与各底部永磁铁的距离相同；所述悬臂梁表面附有压电材料，振动时通过正压电效应将振动能量转化为电能。

本发明的进一步技术方案是：所述支座为L形结构，所述滑槽固定于L形支座底板的上表面，所述夹板通过螺栓固定于L形支座内侧面上；所述夹板包括左夹板和右夹板，均为L形板，将所述悬臂梁通过螺栓固定于所述左夹板和右夹板之间，通过调整固定悬臂梁与夹板的螺栓的竖直位置，进一步调节悬臂梁的竖直位置；通过调整固定所述夹板与L形支座内侧面的螺栓的水平位置，进一步调节悬臂梁的水平位置。