一种低频预紧式双稳态振动能量收集器及制作方法

文档序号:25289164发布日期:2021-06-01 17:39阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种低频预紧式双稳态振动能量收集器,其特征在于,包括能量回收装置(1)、一端固定的立杆和具有一定弯曲挠度的悬臂梁(2),悬臂梁(2)的一端与能量回收装置(1)固定连接、另一端与立杆自由端固定连接。

2.根据权利要求1所述的低频预紧式双稳态振动能量收集器,其特征在于,所述悬臂梁(2)与能量回收装置(1)的连接处设置有树脂板,螺钉依次穿过悬臂梁(2)、树脂板、能量回收装置(1)的凸台端固定。

3.根据权利要求2所述的低频预紧式双稳态振动能量收集器,其特征在于,所述立杆和悬臂梁(2)数量对应设置,每个悬臂梁(2)的一端能量回收装置(1)固定连接、另一端与对应的立杆自由端固定连接。

4.根据权利要求3所述的低频预紧式双稳态振动能量收集器,其特征在于,6个悬臂梁(2)均匀分布于能量回收装置(1)的外周。

5.根据权利要求1所述的低频预紧式双稳态振动能量收集器,其特征在于,所述能量回收装置(1)包括空心壳体和设置于空心壳体中的摩擦纳米发电机,空心壳体采用树脂材质。

6.根据权利要求1所述的低频预紧式双稳态振动能量收集器,其特征在于,所述悬臂梁(2)弯曲挠度的总机械能u(z)公式如下:

a=w(2tp+ηstsh)

ηs=ec/ep

其中,ub表示弯曲势能,uc表示压力势能,ep为悬臂梁的杨氏模量,i表示悬臂梁横截面的惯性矩,z表示在对悬臂梁总长度l0施加横向位移为δl静力载荷时,悬臂梁中心的弯曲位移,l表示弯曲悬臂梁首尾连接的直线长度,l=l0-δl,a为悬臂梁的等效横截面积,z0为δl不变时,悬臂梁中心点的最大弯曲位移,e表示悬臂梁的杨氏等效模量,是悬臂梁的第一模态函数,w表示悬臂梁的宽度,tsh表示悬臂梁的厚度,tp表示能量回收装置的厚度,ec为弹性元件的杨氏模量。

7.一种低频预紧式双稳态振动能量收集器,其特征在于,包括如权利要求1所述的能量回收装置(1)、立杆和悬臂梁(2),悬臂梁(2)的两端分别与能量回收装置(1)和立杆固定连接;

其中悬臂梁(2)的弯曲挠度设置方法如下:

构建预紧式双稳态结构,得到外部激励力f与悬臂梁(2)本体参数对应的势能函数,所述悬臂梁(2)本体参数包括悬臂梁(2)中间质量块的重量、悬臂梁(2)中间部分的加速度、悬臂梁(2)中间部分的速度以及悬臂梁(2)中间部分的弯曲位移;

基于所述能量回收装置(1)中摩擦纳米发电机的重量和形状体积,构建以所述悬臂梁(2)作为弹性结构的双稳态运动模型;

改变所述悬臂梁(2)长度和横截面积,输入所述双稳态运动模型,输出跨越双稳态壁垒的双稳态势能函数,实现能量回收装置(1)更宽的工作频域和振幅。

8.根据权利要求7所述的低频预紧式双稳态振动能量收集器,其特征在于,所述预紧式双稳态结构的构建公式如下:

其中,f(t)表示模拟外部激励的振动源随时间变化产生的外部激励力,m为悬臂梁中间质量块的重量,d为阻尼系数,表示悬臂梁中间部分的加速度,表示悬臂梁中间部分的速度,x表示悬臂梁中间部分的弯曲位移。

9.根据权利要求7所述的低频预紧式双稳态振动能量收集器,其特征在于,所述双稳态运动模型的构建公式如下:

a=w(2tp+ηstsh)

ηs=ec/ep

其中,ub表示弯曲势能,uc表示压力势能,ep为悬臂梁的杨氏模量,i表示悬臂梁横截面的惯性矩,z表示在对悬臂梁总长度l0施加横向位移为δl静力载荷时,悬臂梁中心的弯曲位移,l表示弯曲悬臂梁首尾连接的直线长度,l=l0-δl,a为悬臂梁的等效横截面积,z0为δl不变时,悬臂梁中心点的最大弯曲位移,e表示悬臂梁的杨氏等效模量,是悬臂梁的第一模态函数,w表示悬臂梁的宽度,tsh表示悬臂梁的厚度,tp表示能量回收装置的厚度,ec为弹性元件的杨氏模量。

10.一种计算机可读储存介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质上存储有若干获取分类程序,所述若干获取分类程序用于被处理器调用并执行如权利要求7至9所述的低频预紧式双稳态振动能量收集器。


技术总结
本发明公开了一种低频预紧式双稳态振动能量收集器及制作方法,包括能量回收装置、一端固定的立杆和具有一定弯曲挠度的悬臂梁,悬臂梁的一端与能量回收装置固定连接、另一端与立杆自由端固定连接,所述悬臂梁与能量回收装置的连接处设置有树脂板,螺钉依次穿过悬臂梁、树脂板、能量回收装置的凸台端固定;该振动能量收集器通过悬臂梁自身发生形变而产生内在的弹力势能来作为双势阱的压力源,提高了在低频振动环境下的工作效率。

技术研发人员:马孟超;袁光义;邓华夏;钟翔
受保护的技术使用者:合肥工业大学
技术研发日:2021.03.30
技术公布日:2021.06.01
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