[发明专利]一种诱导受压屈曲梁反向跳跃进行能量转化和俘获的装置

说明书

本发明公开了一种诱导受压屈曲梁反向跳跃进行能量转化和俘获的装置。利用屈曲梁失稳状态，收集缓慢加载的能量，通过对梁端施加反向弯矩的方式使屈曲梁突跳，将缓慢积累的弹性势能快速释放。能量收集器包括铰链压力传导机构、屈曲梁能量转化装置、弹簧复位机构、发电组件等，压力传导机构包括踏板与铰链机构，负责收集力并传递给屈曲梁。能量转化装置包括带有半圆形凹陷的屈曲梁，以及屈曲梁与铰链机构间的连接件。屈曲梁受力向下弯曲储能，铰链机构对连接件持续施压。当铰链机构经过底面凹陷时，连接件会受压倾斜同时对屈曲梁施加反向弯矩，弯矩增大到一定程度时，屈曲梁发生突跳，由向下弯曲快速变为向上弯曲，安装在梁上的发电组件进行发电。

技术领域

本发明属于压电效应发电及电磁发电领域，具体涉及一种诱导受压屈曲梁反向跳跃进行能量转化和俘获的装置

背景技术

目前，传统的微小型设备供电通常采用接入电源充电或更换电池的方式，更换电池或外接电源充电都会对一些要求连续工作的设备造成影响。而且，这些能源的生产方式大部分还依赖着化石能源，这属于不可再生能源，会对环境造成巨大危害。

于是，如何利用环境中随处可见的能量，如风能、潮汐能、太阳能、人运动的机械能、汽车行驶过程中的动能等所带来的能量，转化为电能，直接为微小设备供能成为了人们的关注方向，能量采集器便应运而生。

发明内容

本发明的目的是提供一种诱导受压屈曲梁反向跳跃进行能量转化和俘获的装置，采用对受压弯曲的屈曲梁端部施加反向弯矩的方式，造成屈曲梁突跳。该装置可将缓慢收集的弹性势能瞬间释放，转化了能量形态，提高发电效率。

本发明采用的技术方案如下

一种诱导受压屈曲梁反向跳跃进行能量转化和俘获的装置，所述能量收集器主要包括铰链压力传导机构、屈曲梁能量转化装置、复位弹簧机构、自带圆弧形凹陷的底盘、发电组件。所述铰链压力传导机构位于底盘上方，通过滑轨连接。所述屈曲梁能量转化装置位于铰链压力传导机构两侧，底盘上方。

进一步地，所述铰链压力传导机构包括两个由三根铰链首尾相连构成的梯形机构、四个滑轮、一个踏板，所述等腰梯形机构由三根铰链首尾相连构成，两侧铰链与底面角度不高于45°，所述梯形机构每个顶点分别引出一根横梁与对应的另一个梯形顶点相连接；所述滑轮分别安装在两个等腰梯形与底面接触的铰链尾部；所述踏板安装在铰链机构的顶部。

进一步地，所述屈曲梁能量转化装置包括一根中间带有凹陷的屈曲梁、铰链与屈曲梁连接件组成；所述连接件右侧与铰链机构相连，左侧连接屈曲梁；所述屈曲梁左侧与底盘连接，右侧与该连接件相连，在无压力作用时，与水平面平行。

进一步地，所述复位弹簧机构位于所述铰链传导机构构成的梯形内部，与所述铰链传导机构底部两侧的横梁相连，与水平面平行。

进一步地，所述自带圆弧形凹陷的底盘对称放置在铰链压力传导机构两侧，其滑轨与铰链压力传导机构的滑轮配合。

进一步地，所述发电组件包括：压电片、线圈、磁铁。所述压电片固定于所述屈曲梁两侧；所述线圈固定于所述屈曲梁中间位置；所述磁铁位于所述底盘上，围绕所述线圈安装。

本发明的发电原理如下：

当踏板受力，力传递给铰链机构，铰链机构将力传递给屈曲梁，由于铰链与底面夹角小于45°，有放大位移的效果，可以使屈曲梁更易弯曲；屈曲梁中部带有半圆型凹陷，缺口向上，可诱导屈曲梁向下弯曲，进行储能，屈曲梁受向下弯矩；当铰链滑轮经过底盘凹陷处时，屈曲梁与铰链连接件受到铰链压力作用会顺时针旋转一定角度，此时所述连接件会对屈曲梁施加反向弯矩，随着所述连接件旋转角度变大，所述屈曲梁受反向弯矩增大，屈曲梁会发生突跳，由向下弯曲快速变为向上弯曲。此时所述屈曲梁中部线圈切割磁感线发电，所述屈曲梁两侧压电片弯曲发电，达到俘能效果。

本发明的优点在于