[发明专利]一种碰撞升频式双稳态压电俘能器及其俘能方法

摘要

本发明公开了一种碰撞升频式双稳态压电俘能器及其俘能方法。人体运动频率低，常规压电俘能器固有频率高，输出功率低下。本发明由拨片、压电梁、摆砣、转轴、磁铁和圆形外壳底座组成；摆砣上的磁铁与圆环形外壳内侧磁铁排斥力使摆砣势能存在两个势阱和一个势垒；当人体摆动带给摆砣的激励小于越过势垒高度所需临界值时，摆砣在人体摆动频率下绕转轴在其中一个势阱内做摆动，从而通过转轴带动压电梁与拨片发生碰撞，使压电梁高频振动产生电能，提高输出功率；当人体摆动带给摆砣的激励大于越过势垒高度所需临界值时，摆砣发生两个势阱间周期或混沌运动，增加压电梁与拨片之间的撞击力，收集更多摆动能，进一步提高输出功率，拓宽有效俘能频带。

主权项

一种碰撞升频式双稳态压电俘能器，由拨片、压电梁、摆砣、转轴、磁铁和圆形外壳底座组成，其特征在于：所述的圆形外壳底座包括一体成型的圆环形外壳和圆形底座；转轴与圆形底座同轴设置，且转轴与圆形底座构成转动副；所述的摆砣包括一体成型的第一半圆柱和第二半圆柱，第一半圆柱的半径比转轴半径大2～4mm，第二半圆柱的半径比圆环形外壳的内径小4～6mm；摆砣开设的中心孔一半位于第一半圆柱上，另一半位于第二半圆柱上；摆砣的中心孔固定在转轴上，第二半圆柱的柱面上开设一个圆孔，圆孔的中心轴线位于第二半圆柱的对称面上；圆孔内嵌一块磁铁；圆环形外壳内侧壁固定有对称设置的两个拨片组；所述的拨片组包括沿转轴周向等距排布的三片拨片，同个拨片组的相邻拨片所夹圆心角为β，β在20～45°之间取值；拨片组内中间位置的拨片侧面水平设置；两个拨片组顶部及底部最近的两片拨片所夹圆心角均为180°‑2β；同个拨片组每相邻的两片拨片间设有一根压电梁；同个拨片组对应的两根压电梁所夹圆心角为β，且不同拨片组对应的压电梁中，有两根压电梁所夹圆心角为180°；拨片相对转轴的轴向位置与压电梁相对转轴的轴向位置对应；转轴径向方向上，拨片与转轴轴心的距离小于压电梁外端端面与转轴轴心的距离；在圆环形外壳内侧壁底部位置固定一块磁铁，第二半圆柱上的磁铁与圆环形外壳内侧的磁铁相向端的磁极相同；初始状态时，摆砣重心和转轴轴心连线与竖直面的夹角为α/2，α＝β‑k，k在0.5～2°之间取值。