[发明专利]一种变刚度调谐的压电俘能器

权利要求书

1.一种变刚度调谐的压电俘能器，其特征在于，所描述的俘能器包括变刚度调谐模块和压电俘能模块；其中，变刚度调谐模块包括基座(1)、压电陶瓷块(2)、T型铰链(3)、刚度调整环(4)、调节螺钉(6)、垫片(7)，压电俘能模块包括铜箔(13)和PVDF压电薄膜(14)；基座(1)内部为圆环形的空腔，且刚度调整环(4)容纳在该空腔中，刚度调整环(4)通过T型铰链(3)与基座(1)连接；压电陶瓷块(2)安装在基座(1)内并倾斜的抵靠在调整环(4)外侧，通过压电陶瓷块(2)的伸缩变形推动调整环(4)相对基座(1)转动一个角度；所述刚度调整环(4)内部为中空的，且设有三根固定导向梁(8)、分别位于固定导向梁(8)中间的连接块(9)、自连接块(9)向内延伸的柔性梁(10)，柔性梁(10)前端通过圆形柔性铰链(11)固定于曲柄环(12)上；三根固定导向梁(8)围成三角形结构；曲柄环(12)覆盖在压电俘能模块上。

2.根据权利要求1所述的变刚度调谐的压电俘能器，其特征在于，三个压电陶瓷块(2)由调节螺钉(6)固定在刚度调整环(4)上，通过旋动调节螺钉能够将压电陶瓷块固定在由基座和刚度调整环组成的凹槽中，并调节压电陶瓷与刚度调整环之间的预紧力；在调节螺钉和压电陶瓷块之间垫有垫片(7)。

3.根据权利要求1所述的变刚度调谐的压电俘能器，其特征在于，其中，PVDF压电薄膜(14)在上铜箔(13a)与下铜箔(13b)之间进行粘结连接，采用同向反面引出PVDF的上下两极面的方法，在铜箔两面添加保护层，设置聚酰亚胺材料绝缘材料对压电薄膜进行封装，将封装好的压电薄膜与曲柄环下表面通过有机硅密封胶进行粘结。

4.根据权利要求3所述的变刚度调谐的压电俘能器，其特征在于，连接块(9)为“凹”字形。

5.根据权利要求1所述的变刚度调谐的压电俘能器，其特征在于，一个固定导向梁(8)、连接块(9)及柔性梁(10)构成曲柄滑块柔顺机构；曲柄滑块柔顺机构基于运动学奇异性原理实现变刚度，初始位置的角度为θ，以初始角度位置为非奇异点，运动过程通过运动学奇异位置再到非奇异位置，即为整个结构刚度变化过程，进而实现宽频带吸振效果；其中，θ为连接块(9)“凹”型连接块的中点与曲柄环中心连线和柔性梁(10)的初始角度。

6.根据权利要求1所述的变刚度调谐的压电俘能器，其特征在于，压电俘能器根据压电材料的正压电效应将振动能量转换为电能。

7.一种如权利要求1至6中任一项所述变刚度调谐的压电俘能器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：判断被安装压电俘能器的设备的运动状况，确定振动频带；

步骤2：根据振动频带，向压电陶瓷块输入电压信号，使曲柄滑块柔顺机构发生旋转位移并改变轴向刚度，进而改变曲柄滑块柔顺机构的固有频率，使机构在该振动频段下具有最大化的振动能，实现了变刚度调谐；

步骤3：压电陶瓷块持续通电，使得刚度调整环运动到合适位置后保持固定；

步骤4：振动传导至压电俘能模块，根据压电材料的正压电效应将振动能量转换为电能，并通过转换电路储存能量。